다공성 그래핀과 금속산화물 나노입자의 층상 구조체를 이용한 초고출력, 초장수명 리튬이차전지 음극재료 및 그 제조방법

Abstract

본 발명은 다공성 그래핀과 금속산화물 나노입자의 층상 구조체를 이용한 매우 빠른 충전·방전 특성 및 긴 수명 특성을 나타내는 리튬 이차전지 음극재료로서, 다공성 그래핀의 매크로 기공과 금속 산화물 나노입자의 짧은 확산 거리가 리튬 이온의 빠른 이동과 확산을 가능하게 한다. 낮은 시트 저항 (약 4.53 Ω·sq-1)의 전기 전도성이 우수한 다공성 그래핀이 도전제와 접착제 없이 집전체와 직접적으로 연결되어 전자의 이동 경로가 형성되고, 열린 통로를 갖는 금속산화물 나노 결정들이 그래핀 그물 망 구조체 표면에서 빠른 이온 전달 경로 역할을 하는 것을 알고 최초로 발표하게 되었다. 본 발명은 매우 빠른 속도의 충전/방전 거동과 함께 30,000 mA·g-1 의 전류밀도 조건에서도 10,000번 이상의 전례없는 수명 시간 성능을 나타낸다. 따라서 다공성 그래핀 그물 망 구조체의 음극 나노 구조체들과 조합시켜 높은 용량을 보유하면서 매우 빠른 충전/방전 속도 특성과 안정한 수명 시간 특성을 구현하는 구조로서 다양한 응용 분야에 폭넓은 적용이 가능하다.