KR102247460B1 - 리튬 이온전지용 MoS2-GNS 음극 활물질 및 그 제조 방법 - Google Patents

리튬 이온전지용 MoS2-GNS 음극 활물질 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온전지용 MoS2-GNS 음극 활물질은 이황화몰리브덴(Molybdenum disulfide, MoS2) 및 그래핀 나노시트(Graphene nanosheet, GNS)가 합성된 복합체 형태이다.

Description

리튬 이온전지용 MoS2-GNS 음극 활물질 및 그 제조 방법{MoS2-GNS CARBON COMPOSITE NEGATIVE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM ION BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 음극 활물질에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 그래핀 나노시트(GNS)와의 합성에 의해 이황화몰리브덴(MoS2)의 부피변화를 억제시켜 급격한 용량 감소 현상을 완화시킴으로써 고안정성 전지에 사용할 수 있는 리튬 이온전지용 MoS2-GNS 음극 활물질 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지(secondary battery)는 충방전에서 발생하는 화학 반응에 관여하는 물질의 종류에 따라, NaS 이차전지, 레독스 흐름전지, 리튬 이온 이차전지 등을 둘 수 있다.
특히, 리튬 이온 이차전지의 경우 에너지 밀도가 높고 스스로 방전이 일어나는 정도가 작다는 장점이 있어 이차전지 중에서도 널리 이용되고 있는 편이다.
한편, 최근에는 이차전지를 필요로 하는 분야가 다양해지고 수요 역시 증가하고 있는데, 특히, 모바일, 자동차 및 에너지 저장 시스템(energy storage system) 등의 분야에서 리튬 이온 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있다.
본 기술이 적용되는 리튬 이온 이차전지는 높은 에너지 밀도로 전기 자동차 등 높은 고출력을 요하는 응용분야에 적용되고 있으나, 여전히 구조적 안정성과 반응 중 부반응으로 인한 전지의 수명이 단축되는 문제가 있다.
관련 선행기술로는, 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0131239호(발명의 명칭: 리튬 이차전지용 음극재, 공개일자: 2017년 11월 29일)가 있다.
본 발명의 실시예는 배터리의 전극으로 사용하였을 때 충방전 과정에서 Mo와 S의 분해에 따른 부피변화를 방지하기 위해, 이황화몰리브덴(MoS2)과 그래핀 나노시트(GNS)가 합성된 음극 활물질을 제조 및 전극에 적용함으로써, 급격한 용량 감소의 억제 및 고출력 특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이온전지용 MoS2-GNS 음극 활물질 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온전지용 MoS2-GNS 음극 활물질은 이황화몰리브덴(Molybdenum disulfide, MoS2) 및 그래핀 나노시트(Graphene nanosheet, GNS)가 합성된 복합체 형태이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 MoS2의 층간 거리는 0.54nm 내지 0.70nm 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온전지용 MoS2-GNS 음극 활물질의 제조 방법은 이황화몰리브덴(Molybdenum disulfide, 이하 'MoS2') 전구체 및 그래핀 나노시트(Graphene nanosheet, 이하 'GNS')를 준비하는 단계, 초음파처리(ultrasonication)를 이용하여 MoS2 전구체 및 GNS를 혼합하는 단계, 및 상기 혼합된 MoS2 전구체 및 GNS를 열처리하여 MoS2 전구체 및 GNS가 합성된 복합체 형태의 MoS2-GNS 음극 활물질을 제조하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 MoS2 전구체를 준비하는 단계는 염화수소(hydrogen chloride) 용액에 몰리브덴산암모늄(ammonium molybdate tetrahydrate)과 황화나트륨(sodium sulfide)을 혼합하여 교반하는 단계, 및 염산하이드록실아민(hydroxylamine hydrochloride)을 첨가하여 추가로 교반한 후에 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 열처리하는 단계는 염산하이드록실아민(hydroxylamine hydrochloride)을 첨가하여 추가로 교반한 후에 원심분리기를 이용하여 세척을 진행한 뒤 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 GNS를 준비하는 단계는 황산(sulfuric acid)과 질산(nitric acid)을 혼합한 용액에 흑연(graphite)을 산화 처리하여 동결 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 MoS2-GNS 음극 활물질을 제조하는 단계는 상기 혼합된 MoS2 전구체 및 GNS를 400 내지 600℃에서 2 내지 4시간 동안 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 MoS2 전구체 및 GNS를 혼합하는 단계는 상기 MoS2 전구체 및 GNS의 질량비를 1:0.1 내지 1:0.5로 혼합할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 MoS2 전구체 및 GNS를 혼합하는 단계는 상기 MoS2 전구체 및 GNS의 질량비를 1:0.2 내지 1:0.3으로 혼합할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 이황화몰리브덴(MoS2)과 그래핀 나노시트(GNS)가 합성된 음극 활물질을 제조 및 전극에 적용함에 따라, 배터리의 전극으로 사용하였을 때 충방전 과정에서 Mo와 S의 분해에 따른 부피변화를 방지함으로써 급격한 용량 감소의 억제 및 고출력 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온전지용 MoS2-GNS 음극 활물질의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2f는 각각 본 발명의 비교예에 대한 주사전자현미경(SEM) 및 투사전자현미경(TEM) 이미지이다.
도 3a 내지 도 3f는 각각 본 발명의 실시예 1에 대한 주사전자현미경(SEM) 및 투사전자현미경(TEM) 이미지이다.
도 4a 내지 도 4f는 각각 본 발명의 실시예 2에 대한 주사전자현미경(SEM) 및 투사전자현미경(TEM) 이미지이다.
도 5a 내지 도 5f는 각각 본 발명의 실시예 3에 대한 주사전자현미경(SEM) 및 투사전자현미경(TEM) 이미지이다.
도 6a는 본 발명의 실시예 1 내지 3과 비교예에 대하여 200mA/g-1 전류밀도에서의 사이클 특성을 비교한 그래프이다.
도 6b는 본 발명의 실시예 1 내지 3과 비교예에 대하여 100mA/g-1 내지 2000mA/g-1 전류밀도에서의 사이클 특성을 비교한 그래프이다.
도 7a 내지 도 7d는 각각 본 발명의 실시예 1 내지 3과 비교예에 대하여 순환전압 전류법(cyclic voltammetry, 이하 'CV') 분석을 비교한 그래프이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서는 이황화몰리브덴(Molybdenum disulfide; 이하, 'MoS2') 물질을 배터리의 전극으로 사용하였을 때, 충방전 과정에서 Mo와 S의 분해에 따른 부피변화가 발생하여 전극 용량이 급격히 감소하고 출력특성이 낮아지는 것을 방지하고자 이황화몰리브덴(MoS2)과 그래핀 나노시트(GNS)를 합성하여 고안정성 전지에 사용되는 음극 활물질을 발명하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온전지용 MoS2-GNS 음극 활물질의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 단계(S110)에서 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 활물질의 제조 장치는 MoS2 전구체 및 GNS를 준비할 수 있다.
MoS2 전구체를 준비하는 단계는 염화수소(hydrogen chloride) 용액에 몰리브덴산암모늄(ammonium molybdate tetrahydrate)과 황화나트륨(sodium sulfide)을 혼합하여 교반하는 제1 단계 및 염산하이드록실아민(hydroxylamine hydrochloride)을 첨가하여 추가로 교반한 후에 열처리하는 제2 단계를 포함할 수 있다.
제1 단계는 염화수소(hydrogen chloride) 용액에 몰리브덴산암모늄(ammonium molybdate tetrahydrate)과 황화나트륨(sodium sulfide)을 1:3의 중량비로 혼합하여 60 내지 100℃에서 15 내지 45분 동안 교반할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 80℃에서 30분 동안 교반하였다.
제2 단계는 염산하이드록실아민(hydroxylamine hydrochloride)을 첨가하여 70 내지 110분 동안 추가로 교반할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 90분 동안 추가로 교반하였다.
제2 단계는 염산하이드록실아민(hydroxylamine hydrochloride)을 첨가하여 추가로 교반한 후에 원심분리기를 이용하여 세척을 진행한 뒤 오븐을 통해 30 내지 70℃에서 열처리할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 세척 이후에 50℃에서 열처리하였다.
GNS를 준비하는 단계는 황산(sulfuric acid)과 질산(nitric acid)을 혼합한 용액에 흑연(graphite)을 산화 처리하여 동결 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 황산(sulfuric acid)과 질산(nitric acid)을 3:1의 중량비로 혼합한 용액에 흑연(graphite)을 120℃에서 물중탕 함에 따라 산화 처리하여 동결 건조함에 따라 GNS를 준비할 수 있다.
다음으로, 단계(S120)에서 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 활물질의 제조 장치는 초음파처리(ultrasonication)를 이용하여 MoS2 전구체 및 GNS를 혼합할 수 있다.
MoS2 전구체 및 GNS를 혼합하는 단계는 MoS2 전구체 및 GNS의 질량비를 1:0.1 내지 1:0.5로 혼합할 수 있다.
MoS2 전구체 및 GNS를 혼합하는 단계는 MoS2 전구체 및 GNS의 질량비를 1:0.2 내지 1:0.3으로 혼합할 수 있다.
본 실시예에서는, MoS2 전구체 및 GNS의 질량비를 1:0.25로 혼합하였으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 단계(S130)에서 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 활물질의 제조 장치는 혼합된 MoS2 전구체 및 GNS를 열처리하여 MoS2 전구체 및 GNS가 합성된 복합체 형태의 MoS2-GNS 음극 활물질을 제조할 수 있다.
MoS2-GNS 음극 활물질을 제조하는 단계는 혼합된 MoS2 전구체 및 GNS를 400 내지 600℃에서 2 내지 4시간 동안 열처리하는 단계를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 혼합된 MoS2 전구체 및 GNS를 500℃에서 3시간 동안 열처리함으로써 MoS2-GNS 음극 활물질을 제조하였다.
이하에서는, 전술한 음극 활물질의 제조 방법을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 : MoS 2 전구체 및 GNS의 질량비가 1:0.42로 혼합 제조된 MoS2 - GNS 음극 활물질
본 발명의 일 실시예에 따르면, 0.8M HCl 용액에 0.88g의 몰리브덴산암모늄(ammonium molybdate tetrahydrate)과 2.64g의 황화나트륨(sodium sulfide)을 1:3의 중량비로 혼합하여 80℃에서 30분 동안 교반을 진행하였다. 구체적으로, 0.8M HCl 용액에 0.88g의 몰리브덴산암모늄(ammonium molybdate tetrahydrate)과 2.64g의 황화나트륨(sodium sulfide)을 혼합하여 교반을 진행하였다.
그 후, 0.7g의 염산하이드록실아민(hydroxylamine hydrochloride)을 첨가하여 80℃에서 90분 동안 추가로 교반 시킨 후 원심분리기를 이용하여 세척을 진행하고, 오븐을 통해 50℃에서 건조하여 MoS2 전구체를 제조하였다.
그 후, 황산(H2SO4)과 질산(HNO3)을 3:1의 중량비로 혼합한 용액에 흑연(graphite)을 120℃에서 물중탕 방법으로 산화 처리한 후 동결 건조하여 제조된 GNS와 MoS2 전구체를 0.42:1의 질량비로 4시간 동안 초음파 처리하여 혼합하였다.
그 후, 500ml의 에탄올을 이용하여 혼합된 샘플을 필터링하였다.
그 후, 필터링된 샘플을 용광로를 통해 500℃에서 3시간 동안 열처리하여 MoS2-GNS 음극 활물질을 제조하였다.
실시예 2 : MoS 2 전구체 및 GNS의 질량비가 1:0.25로 혼합 제조된 MoS2 - GNS 음극 활물질
실시예 1에서 전구체 및 GNS의 질량비가 1:0.25로 혼합한 것을 제외하고는 모든 제조 방법을 동일하게 수행하였다.
실시예 3 : MoS 2 전구체 및 GNS의 질량비가 1:0.11로 혼합 제조된 MoS2 - GNS 음극 활물질
실시예 1에서 전구체 및 GNS의 질량비가 1:0.11로 혼합한 것을 제외하고는 모든 제조 방법을 동일하게 수행하였다.
비교예 : MoS 2 전구체만으로 제조된 MoS2-GNS 음극 활물질
실시예 1에서 GNS를 합성하지 않고 MoS2 전구체만으로 제조한 것을 제외하고는 모든 제조 방법을 동일하게 수행하였다.
실험예 1 : MoS 2 -GNS 음극 활물질을 활용한 전극의 구조 분석
도 2a 내지 도 2f는 각각 본 발명의 비교예에 대한 주사전자현미경(SEM) 및 투사전자현미경(TEM) 이미지이고, 도 3a 내지 도 3e는 각각 본 발명의 실시예 1에 대한 주사전자현미경(SEM) 및 투사전자현미경(TEM) 이미지이고, 도 4a 내지 도 4e는 각각 본 발명의 실시예 2에 대한 주사전자현미경(SEM) 및 투사전자현미경(TEM) 이미지이고, 도 5a 내지 도 5e는 각각 본 발명의 실시예 3에 대한 주사전자현미경(SEM) 및 투사전자현미경(TEM) 이미지이다.
구체적으로, 도 2a 및 도 2b는 비교예 샘플에 대한 SEM 이미지이고, 도 2c, 도 2d, 도 2e는 순서대로 비교예 샘플의 몰리브덴, 황, 탄소 성분에 대한 SEM 이미지이고, 도 2f는 비교예 샘플에 대한 TEM 이미지이다.
구체적으로, 도 3a 및 도 3b는 실시예 1 샘플에 대한 SEM 이미지이고, 도 3c, 도 3d, 도 3e는 순서대로 실시예 1 샘플의 몰리브덴, 황, 탄소 성분에 대한 SEM 이미지이고, 도 3f는 실시예 1 샘플에 대한 TEM 이미지이며, 도 4a 및 도 4b는 비교예 샘플에 대한 SEM 이미지이고, 도 4c, 도 4d, 도 4e는 순서대로 실시예 2 샘플의 몰리브덴, 황, 탄소 성분에 대한 SEM 이미지이고, 도 4f는 실시예 2 샘플에 대한 TEM 이미지이며, 구체적으로, 도 5a 및 도 5b는 비교예 샘플에 대한 SEM 이미지이고, 도 5c, 도 5d, 도 5e는 순서대로 실시예 3 샘플의 몰리브덴, 황, 탄소 성분에 대한 SEM 이미지이고, 도 5f는 실시예 3 샘플에 대한 TEM 이미지이다.
비교예 샘플에 대한 SEM 이미지와 다르게 실시예 1 내지 3 샘플에 대한 이미지를 참조하면, MoS2 및 흑연(graphite)은 복합체 구조를 이루고 있는 것을 확인할 수 있다.
아울러, 흑연을 포함하여 구성되는 GNS가 넓게 분포하며 그 위에 MoS2가 고르게 합성된 것을 확인할 수 있다.
한편, MoS2는 다수의 매우 얇은 조각이 겹쳐져 여러 층을 이루고 있는데 각 층간 거리는 다음과 같을 수 있다. 일 실시예로, MoS2의 층간 거리는 0.54nm 내지 0.70nm 일 수 있다. 다른 실시예로, MoS2의 층간 거리는 0.60nm 내지 0.64nm 일 수 있다. 본 실시예들에서는, MoS2의 층간 거리가 0.62nm 인 것이 바람직하다.
이로써, 본 발명의 실시예들에 따르면, MoS2 물질에 GNS가 합성된 복합체 형태의 음극 활물질을 활용한 전극을 제조 가능한 것을 알 수 있다.
실험예 2 : MoS 2 -GNS 음극 활물질을 활용한 전극의 전기화학특성 분석
실시예들에 따라 제조된 MoS2-GNS 전극과 비교예에 따라 제조된 MoS2-only 전극은 전극에 존재하는 수분을 제거하기 위하여 아르곤 기체 분위기의 챔버에 12시간 건조를 진행하였다.
그 후, 순수한 아르곤 기체로 유지되어 있는 글로브 박스(glove box) 안에서 반-전지(half cell) 조립을 실시하였으며, 상대 전극으로는 리튬 메탈, 전해질 용액은 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC)와 디메틸 카본네이트(di-methyl carbonate, DMC)를 1:1의 부피비로 혼합된 용매에 1.1M의 불화인산리튬(LiPF6)을 용해시켜 사용하였다.
이렇게 완성된 MoS2-GNS 반-전지를 이용하여 전기화학 테스트를 진행하였다.
도 6a는 본 발명의 실시예 1 내지 3과 비교예에 대하여 200mA/g 전류밀도에서의 사이클 특성을 비교한 그래프이다.
도 6a를 참조하면, MoS2-only 전극 샘플은 초기용량이 780mAh/g을 나타내지만 급격한 용량 감소를 보이며 100 사이클 이 후 용량은 180 mAh/g의 용량을 나타낸다.
MoS2-GNS 1:0.42(7:3) 전극 샘플과 MoS2-GNS 1:0.11(9:1) 전극 샘플은 각각 초기용량 520 mAh/g을 나타내며, MoS2-only 전극 샘플보다 조금 향상된 사이클 안정성을 보인다.
MoS2-GNS 1:0.25(8:2) 전극 샘플은 초기용량 620 mAh/g을 나타내며, MoS2-only 전극 샘플, MoS2-GNS 1:0.42(7:3) 전극 샘플 및 MoS2-GNS 1:0.11(9:1) 전극 샘플과 비교했을 때, 100 사이클이 진행 된 이후에도 용량 감소가 거의 나타나지 않아 사이클 안정성이 크게 향상된 것을 알 수 있다.
도 6b는 본 발명의 실시예 1 내지 3과 비교예에 대하여 100mA/g 내지 2000mA/g 전류밀도에서의 사이클 특성을 비교한 그래프이다.
도 6b를 참조하면, MoS2-only 전극 샘플과 비교 했을 때, GNS가 합성된 MoS2-GNS 1:0.42(7:3) 전극 샘플, MoS2-GNS 1:0.25(8:2) 전극 샘플 및 MoS2-GNS 1:0.11(9:1) 전극 샘플의 성능이 더 향상된 것을 알 수 있다.
특히, MoS2-GNS 1:0.25(8:2) 전극 샘플의 경우, 2000 mA/g의 전류밀도에서도 약 400 mAh/g의 용량을 나타내었고, 용량 회복율 또한 크게 향상된 것을 확인할 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예들에 따르면, MoS2 전구체 만으로 제조된 MoS2-only 전극보다 GNS가 합성된 MoS2-GNS 1:0.42(7:3) 전극, MoS2-GNS 1:0.25(8:2) 전극 또는 MoS2-GNS 1:0.11(9:1) 전극의 경우에 사이클 안정성 및 율속특성이 보다 향상됨을 확인함에 따라, GNS가 MoS2의 안정성에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.
특히, MoS2 전구체 및 GNS의 질량비를 1:0.25(8:2)로 혼합하여 제조된 MoS2-GNS 1:0.25(8:2) 전극의 경우 가장 우수한 전지 출력 특성을 보이는 것으로 확인되었다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예 1 내지 3과 비교예에 대하여 순환전압 전류법(cyclic voltammetry, 이하 'CV') 분석을 비교한 그래프이다.
도 7a 내지 도 7d는 각각 순서대로 본 발명의 비교예, 실시예 1 내지 3에 대하여 0.01 내지 3.00V 범위에서 0.2mV/s의 스캔속도로 측정한 순환전압 전류법 분석을 비교한 그래프이다.
도 7a 대비 도 7b, 도 7c 및 도 7d를 참조하면, 첫 번째 사이클에서 1.1V와 0.4V 부근에서 두 개의 환원 피크가 존재한다. 1.1V에서의 환원 피크의 경우, 리튬이온이 MoS2와 반응하여 LixMoS2가 형성되는 반응(반응식 1)이고, 1.1V에서의 환원 피크의 경우, LixMoS2가 Li2S와 Mo로 분해되는 반응(반응식 2)을 각각 나타낸다.
[반응식 1]
MoS2 + xLi+ + xe- → LixMoS2
[반응식 2]
LixMoS2 + (4-x)Li+ + (4-x)e- → Mo + 2Li2S
한편, 1.8V와 2.3V 부근에서 두 개의 산화 피크가 존재한다. 1.8V에서의 산화 피크의 경우, Mo의 부분적인 산화를 나타내는 피크이며, 2.3V에서의 산화 피크의 경우, Li2S의 산화를 나타내는 피크(반응식 3)이다.
[반응식 3]
Li2S → 2Li+ + S + 2e-
첫 번째 사이클 이후, 2V와 1.4V 부근에서 두 개의 환원 피크가 존재한다. 2V에서의 환원 피크의 경우, 리튬이온과 S의 반응(반응식 4)을 나타내는 피크이며, 1.4V에서의 환원 피크의 경우, 리튬이온이 MoS2와 반응하여 LixMoS2가 형성되는 반응(반응식 1)을 나타내는 피크이다.
[반응식 4]
2Li+ + S - 2e- → Li2S
일반적으로 MoS2는 리튬이온과 반응 시 부피팽창이 커지며, 리튬이온 반응 시 전환(conversion) 반응을 하게 되는데 이 때, 분해작용(pulverization)이 일어나 전극의 단락이 발생하게 되고 전극의 단락으로 인해 사이클 안정성이 저하된다.
하지만, MoS2와 GNS를 합성함으로써, MoS2의 충방전 과정에서 발생하는 부피팽창을 감소시켜 구조적 안정성을 향상시키고 전환(conversion) 반응을 억제하여 초기 용량은 감소하지만, 전극의 단락을 방지함으로써 사이클 안정성이 증가하는 효과를 얻을 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 이황화몰리브덴(Molybdenum disulfide, 이하 'MoS2') 전구체 및 그래핀 나노시트(Graphene nanosheet, 이하 'GNS')를 준비하는 단계;
    초음파처리(ultrasonication)를 이용하여 MoS2 전구체 및 GNS를 혼합하는 단계; 및
    상기 혼합된 MoS2 전구체 및 GNS를 열처리하여 MoS2 전구체 및 GNS가 합성된 복합체 형태의 MoS2-GNS 음극 활물질을 제조하는 단계
    를 포함하고,
    상기 MoS2 전구체를 준비하는 단계는
    염화수소(hydrogen chloride) 용액에 몰리브덴산암모늄(ammonium molybdate tetrahydrate)과 황화나트륨(sodium sulfide)을 1:3의 중량비로 혼합하여 교반하는 단계; 및
    염산하이드록실아민(hydroxylamine hydrochloride)을 첨가하여 추가로 교반한 후에 열처리하는 단계를 포함하고,
    상기 GNS를 준비하는 단계는
    황산(sulfuric acid)과 질산(nitric acid)을 3:1의 중량비로 혼합한 용액에 흑연(graphite)을 산화 처리하여 동결 건조하는 단계를 포함하고,
    상기 MoS2 전구체 및 GNS를 혼합하는 단계는
    상기 MoS2 전구체 및 GNS의 질량비를 1:0.2 내지 1:0.3으로 혼합하고,
    상기 MoS2-GNS 음극 활물질을 제조하는 단계는
    상기 혼합된 MoS2 전구체 및 GNS를 400 내지 600℃에서 2 내지 4시간 동안 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온전지용 MoS2-GNS 음극 활물질의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는
    염산하이드록실아민(hydroxylamine hydrochloride)을 첨가하여 추가로 교반한 후에 원심분리기를 이용하여 세척을 진행한 뒤 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온전지용 MoS2-GNS 음극 활물질의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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