본 연구에서는 고성능 리튬 이온 배터리용 이중 코팅된 Si@C@TiO2 음극 복합소재를 제조하였다. 나노 크기의 실리콘에 도파민의 중합반응과 TBOT(Titanium butoxide)를 사용한 졸-겔법을 통해 Si@C@TiO2 음극 복합소재를 합성하였다. 이중층 구조를 갖는 복합소재는 내부를 균일한 탄소층으로 구성하고, 외부에 TiO2 층을 이중으로 코팅하여 실리콘 복합소재의 구조적 안정성과 전도도를 향상시키는 구조로 설계하였다. 제조된 Si@C@TiO2 복합소재의 물리적 특성은 HR-SEM, EDS, XRD와 TGA를 사용하여 분석하였다. 1 M LiPF6 (EC: DEC = 1: 1 vol%, FEC 10 wt%) 전해액에서 도파민 조성 및 코팅 층의 순서에 따른 전지의 사이클, 율속, EIS 테스트 및 dQ/dV 그래프를 통해 전기화학적 특성을 조사하였다. 제조된 Si@C@TiO2 복합소재는 0.1 C에서 2603.8 mAh/g의 초기 방전용량을 나타내었다. 100 사이클의 충∙방전 후 1646.0 mAh/g의 높은 가역 용량과 82.9 %의 용량 유지율을 보여주었다. 또한 율속 테스트를 통해 3 C에서 615.0 mAh/g의 높은 용량을 나타내어 고율속에서도 Si@C@TiO2가 단일 코팅된 Si@C, Si@TiO2에 비해 안정적인 사이클 특성을 보이는 것을 확인하였다.

In this study, the double-coated Si@C@TiO2 composite was prepared as anode material of a high-performance lithium-ion battery. The Si@C@TiO2 anode composite was successfully synthesized via polymerization of dopamine and sol-gel method using TBOT(Titanium butoxide). It was designed with a double-layer coating structure consisting of an inner carbon layer to provide high conductivity and an outer TiO2 layer to enhance the structural stability of the composite. The physical properties of the synthesized composite were analyzed using HR-SEM, EDS, XRD and TGA. Furthermore, the electrochemical properties were investigated to optimize the amount of dopamine hydrochloride and the design of double-layer coating structure in the electrolyte of 1 M LiPF6 in EC/DEC (1:1 vol% ratio) with 10 wt percent FEC. The initial discharge capacity of Si@C@TiO2 composite at 0.1 C was 2603.8 mAh/g. The Si@C@TiO2 composite exhibited a high reversible capacity of 1646.0 mAh/g with a capacity retention of 82.9 percent after 100 cycles. Also, it showed a high capacity of 615.0 mAh/g at 3 C. As a result, the double-coated Si@C@TiO2 composite provides superior cycling stability and high-rate capability compared with single-coated Si@C and Si@TiO2 anode materials for high-performance LIBs.

Nano silicon Carbon Titanium dioxide Anode materials LIBs