실리콘산화물(SiOx)은 높은 이론 용량과 실리콘(Si) 대비 높은 사이클 안정성으로 인해 리튬이온 배터리(LIB)용 유망한 음극 소재로 주목받고 있다. 본 연구에서는 SiO, 페놀 수지(Xylok, X), 멜라민(Melamine, M)을 이용하여 간단한 sol-gel 방법으로 SiO/X/M 복합체를 합성하였다. Xray 회절기, 열중량 분석기 분석을 통해 복합체에 탄소 및 질소 성분이 도입되었음을 확인하였고, X-선 광전자 분광기 및 주사형 전자현미경에 부착된 에너지 분산형 분광법 분석을 통해 표면에 탄소–질소 코팅층이 형성된 것을 관찰하였다. 전기화학적 성능 평가 결과, 초기 방전 용량은 1,404 mA h g–1, 초기 쿨롱 효율은 77.4%를 나타냈다. 또한 5 C의 전류 밀도에서 60 사이클 후에도 93%의 용량을 유지하여 SiO 대비 향상된 사이클 안정성을 보였다. 0.2 C부터 10 C까지 측정한 출력 특성 역시 SiO 대비 향상된 결과를 보였다.

Abstract : Silicon monoxide (SiOx) has been considered a promising anode material for lithium-ion batteries (LIBs) due to its high theoretical capacity and relatively better cycling stability compared to silicon (Si). In this study, SiO/X/M composites were synthesized via a simple sol–gel method using SiO, phenolic resin (Xylok, X), and melamine (Melamine, M). X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetric analysis (TGA) confirmed that carbon and nitrogen components were introduced into the composite. In addition, the formation of a carbon–nitrogen coating layer on the surface was identified by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) attached to a scanning electron microscope (SEM). Electrochemical performance evaluation showed an initial discharge capacity of 1404 mAh g–1 and an initial coulombic efficiency of 77.4%. After 60 cycles at a current density of 5 C, the composite retained 93% of its capacity, indicating improved cycling stability compared to SiO. Rate performance measured from 0.2 C to 10 C was also improved that of SiO.