리튬 고체 전해질의 합성 과정과 전기적 특성 분석에 관한 세라믹 공학 실험 보고서

1. 서론

리튬 이온 배터리의 에너지 밀도와 안전성 향상을 위해 고체 전해질 개발이 활발히 진행되고 있다. 액체 전해질의 누액 위험과 낮은 열적 안정성, 제한적인 작동 전압 등의 단점을 극복하기 위해 고체 전해질이 차세대 이차전지의 핵심 소재로 주목받고 있으며, 본 연구에서는 뛰어난 이온 전도도를 가지는 것으로 알려진 LLZO(Li7La3Zr2O12) 고체 전해질을 합성하고, 그 전기적 특성을 평가한다. 특히, 다양한 합성 조건에 따른 미세구조와 전기적 특성 변화를 분석하여 최적의 합성 조건을 확립하는 데 초점을 맞춘다. LLZO의 높은 이온 전도도는 리튬 이온의 빠른 이동을 가능하게 하여 배터리 성능 향상에 크게 기여할 수 있다.
고순도 Li2CO3, La2O3, ZrO2 분말을 732의 몰비로 정밀하게 계량하여 막자사발을 이용해 30분간 충분히 혼합하였다. 균일한 혼합은 고체 전해질의 균질성과 이온 전도도에 직접적인 영향을 미치기 때문에 이 과정은 매우 중요하다. 혼합된 분말은 1000도에서 12시간 동안 예비 소결(pre-sintering)하여 분말 입자 간의 초기 결합을 유도하였다. 예비 소결 후, 분쇄 과정을 거쳐 입도를 조절하고 다시 1200도에서 24시간 …