1. 서 론

최근 화석 연료의 무분별한 사용과 함께 지구온난화가 가속화되면서 대체 에너지 관련 시장도 빠르게 증가하고 있다. 특히 리튬이온전지는 높은 에너지 밀도와 수명 안정성 등의 다양한 기술적 가치로 인해 전기 자동차, 휴대용 전자 기기 및 여러 에너지 저장 시스템의 주된 전력 공급원으로 사용되고 있다.^1,2) 특히 최근 국가 및 기업에서도 탄소 중립, ESG 경영 등의 지속 가능한 발전을 추구하면서, 리튬이온전지의 활용도나 수요는 더욱 커지고 있으며, 이와 동시에 양극, 음극, 집전체, 분리막 및 전해질을 포함한 다양한 구성요소들의 성능 향상에 관한 연구 또한 주목받고 있다.^3,4)

리튬이온전지의 에너지 저장 특성은 전극 활물질의 전기화학적 특성 및 다양한 전기화학 반응에 의해 영향을 받는다. 그 중 양극 소재는 에너지 밀도, 전력 밀도 및 수명 안정성의 핵심 구성 요소이다.⁵⁾ 초기에는 LiCoO₂ (LCO)형태의 층상형 양극 소재가 주로 연구되었다. 층상형 격자 사이에 위치한 리튬이온들은 충전 과정 중 탈리되며 전해질을 통해 음극 표면으로 이동한다. 하지만 그 과정 중 연속적으로 상전이가 발생하면서 구조적 불안정성이 매우 높아진다. 때문에 LCO 양극 소재는 높은 이론용량(274 mAh/g)에 비해 실제 가역 용량은 140 mAh/g 수준의 낮은 값을 갖는다.⁶⁾ 이러한 한계를 극복하고자 Li[Ni_xCo_yMn_z]O₂ (NCM)과 같은 3원계 층상 구조 양극이 등장하게 된다. NCM계 양극 산화물은 높은 에너지 밀도와 전압 범위를 갖는다는 장점으로 인해 산업에서 주목을 받고 있다. 하지만 코발트의 불안정한 공급망 및 유독성으로 인해 NCM계 양극 소재에서 코발트를 제거하려는 노력이 이어지고 있다. 이 때문에 Li[Ni_xMn_y]O₂ (NM) 양극 소재의 개발이 이루어졌고, 초기에는 Li[Ni_0.5Mn_0.5]O₂ (NM50) 형태가 제시되었다. 하지만 낮은 용량으로 인해 높은 에너지 밀도가 필요한 분야에 적합하지 않은 것으로 판단되었다. 한 편, NCM계 양극 소재에서 니켈의 함량을 높이는 것은 에너지 밀도를 높이는 주요 전략으로 여겨진다. 따라서 니켈의 함량을 높인 Li[Ni_0.9Mn_0.1]O₂ (NM90) 형태의 양극에 대한 연구에 대한 집중이 높아졌다.^7,8) 그러나 니켈의 함량을 과도하게 높이면 구조적 및 화학적 불안정성을 야기할 수 있다. 또한, 니켈 2가 이온과 리튬 이온의 이온 반경이 유사하기 때문에 양이온 혼합을 일으켜, 초기 용량 및 용량 유지율에 부정적인 영향을 준다.⁹⁾

이러한 문제점을 해결하기 위해서 표면 코팅, 이종원소 도핑 및 형태 제어 등 여러 가지 전략이 제안되어지고 있다.^10,11) 그 중 표면 코팅 전략은 양극 소재와 전해질 사이의 부반응을 억제해 구조적 안정성을 향상시켜 수명 특성에 효과적인 전략으로 여겨진다. 일반적으로 불화물, 산화물 등의 비활성 소재나 이온 전도성 리튬 금속 산화물, 전자 전도성 탄소 및 폴리머 등의 전도성 소재를 코팅 소재로 사용한다. 그 중 탄소 코팅의 경우 전해질과 소재 사이의 부반응 억제를 비롯해 전기 전도도 및 전기화학 성능을 향상시킬 수 있는 효과적인 코팅법으로 여겨진다.

다양한 탄소 소재 중 탄소 양자점(carbon quantum dots, CQDs)은 높은 전기 전도도, 전기화학적 활성 사이트 제공, 낮은 독성 등의 이점을 통해 여러 에너지 저장 응용 분야의 표면 개질제로 널리 사용되고 있다. 특히 CQDs는 높은 비표면적과 풍부한 작용기를 갖고 있으며, 우수한 분산성으로 인해 목표 물질을 균일하게 코팅할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 이러한 작용기 및 분산성의 이점을 바탕으로 열처리 없이 간단하게 표면 개질을 진행하였다. 또한 CQDs에 음이온 도핑을 통해 전하 캐리어를 늘리며, 추가 전하 저장 사이트 제공 및 탄소 격자 내에서 결합 상태 및 도핑 사이트와 관련된 전기 음성도를 개선하는 등 추가적인 개질을 진행할 수 있다.¹²⁾ 본 연구에서는 공침법을 통해 NM90 양극 소재를 합성한 후, 수열합성법을 이용해 질소 도핑된 탄소 양자점(N-doped carbon quantum dots, NCQDs)을 제조했다. 그 후, 간단한 용매 함침법을 이용해 NCQDs 코팅된 NM90 양극 소재를 획득하였으며, 이를 통해 제조된 전극을 리튬이온전지의 양극으로 적용하여 구조 및 전기화학적 특성을 규명하였다.

2. 실험 방법

NM90 양극 소재는 공침법을 통해 합성되었다. 먼저, 황산 니켈(NiSO₄ ‧ 6H₂O, Samchun)과 황산 망간(MnSO₄ ‧ H₂O, Junsei)을 9 : 1 몰 비로 2 M 수용액을 만들어 준다. 이 후 질소 분위기에서 연속 교반 탱크 반응기(continuous stirred tank reactor, CSTR)에 킬레이트제로 암모니아 수(NH₄OH, Junsei)를, pH 조절제로 4 M 수산화 나트륨 수용액(NaOH, Samchun)을 함께 투입해 준다. 혼합 용액의 pH는 11, 교반 속도는 1,000 rpm, 온도는 55 °C로 12시간 동안 유지되었다. 반응 이후 세척, 필터링, 건조 공정을 거쳐 Ni_0.9Mn_0.1(OH)₂ 전구체를 합성하였으며, 완성된 양극재를 얻기 위해 수산화 리튬(LiOH ‧ H₂O, Samchun)과 1 : 1.05 몰 비율로 섞은 후 산소 분위기에서 780 °C로 10시간 소결하였다.

NCQDs는 수열합성 공정을 통해 합성되었다. 먼저, 2.73 g의 citric acid (C₆H₈O₇, Aldrich)와 1.24 g의 urea (CH₄N₂O, Aldrich)를 30 mL의 증류수에 첨가하여 3시간 동안 혼합하였다. 준비된 용액을 스테인리스 기반 오토클레이브로 옮겨 담은 후 180 °C에서 6시간동안 가열하고 상온에서 냉각시켰다. 그 이후, 침전물 제거를 위해 10,000 rpm으로 20분 동안 원심 분리를 진행하였다. 상층액은 멤브레인을 이용해 24시간 동안 투석 진행하였으며, 생성된 용액을 50 °C에서 24시간 동안 건조하여 성공적으로 NCQDs를 합성할 수 있었다. 만들어진 NCQDs를 NM90에 대해 1, 5, 10 wt% 비율로 ethyl alcohol 용매에 분산시킨 후 25 °C 챔버에서 24시간 반응시켰다. 이 후, 만들어진 분말을 세척하였고, 50 °C에서 진공건조하여 샘플을 성공적으로 합성하였다. 초기 NM90은 Pristine으로, 코팅된 샘플은 NCQDs의 비율에 따라 각각 NCQD/NM90_1, NCQD/NM90_5, NCQD/NM90_10로 표기하였다.

합성된 샘플의 결정구조는 X-선 회절 분석(X-ray diffraction, XRD)을 통해 분석되었다. 또한, 표면 구조 및 형상은 전계방사형 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope, FE-SEM, Hitachi)을 이용해 분석되었으며, 원소 분석을 위해 에너지 분산형 분광분석법(energy dispersive spectroscopy, EDS)을 사용하였다. 물질의 나노 구조와 NCQDs 코팅은 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM, Jeol)을 통해 분석하였다.

전극은 활물질, 도전재, 바인더의 비율을 8 : 1 : 1로 고정하여 제조되었다. 활물질로는 NM90, NCQD/NM90_1, NCQD/NM90_5, NCQD/NM90_10 샘플이 사용되었으며, 도전재로는 super P, 바인더로는 polyvinylidene difluoride (PVDF, Aldrich)를 사용하였다. 전극 슬러리 제조를 위해 N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, Aldrich) 용매에 활물질, 도전재, 바인더를 분산시킨 후, 집전체인 Al foil (15 µm, Sama)에 바코터를 이용해 도포하였다. 이후 100 °C의 진공 건조기에서 10시간 건조하여 리튬이온전지의 양극을 제조하였다. 에너지 저장 성능을 평가하기 위해 상대전극으로 Li foil (Honjo Chemical Corp.)을, 분리막으로 다공성 폴리프로필렌(Celgard 2400, Wellcos)을, 전해질로 1.0 M의 육불화인산리튬(lithium hexafluorophosphate, LiPF₆)이 첨가된 용액을 사용한 코인 타입 반쪽전지(CR2032, Hohsen Corp.)를 제조하였다. 제조된 전지의 율속 특성은 0.2, 0.5, 1, 3, 5, 10C의 다양한 전류밀도로 측정되었으며, 수명 안정성 평가를 위해 1C의 전류밀도에서 200회 충전 및 방전을 진행하였다. 또한 전기화학 키네틱 특성 및 계면 저항을 분석을 위해 전기화학 임피던스 분광법(electrochemical impedance spectroscopy, EIS)을 고주파 및 저주파 영역(10⁵~10^-2 HZ)에서 수행하였다.

3. 결과 및 고찰

Fig. 1은 NCQD/NM90의 합성 공정을 모식화 하여 나타낸 것이다. NCQDs는 수열합성 공정을 통해 합성되었으며, citric acid는 CQDs 형성제로, urea는 질소 도핑 소스로 사용되었다. 질소 도핑은 전기전도도를 향상시킬 수 있으며, 이를 코팅 소재로 사용했을 때 고속 충전 및 방전 조건에서 리튬이온전지 양극의 에너지 저장 성능에 기여할 수 있다.¹³⁾ 일반적으로 코팅 공정을 진행하기 위해서는 고온의 열처리가 필수적인데, 이 과정에서 양극재 표면의 금속 산화물이 분해되거나, 상변화를 초래할 수 있다.¹⁴⁾ 본 논문에서는 NCQDs가 보유하고 있는 풍부한 산소 작용기의 이점을 통해 열처리 없이 간단하게 코팅을 진행하였다.

Fig. 1.

Schematic illustrations of the NCQDs coating process on the NM90.

샘플의 표면 형상 분석은 전계방사형 주사전자현미경을 이용해 분석되었다. Fig. 2(a-d)는 샘플의 저배율 이미지를 보여준다. Pristine 및 NCQD/NM_1, NCQD/NM_5, NCQD/NM_10 샘플 모두 수백 나노 크기의 1차 입자가 응집되어 ~10 um 정도 크기의 2차입자를 형성한 모습을 보인다. 하지만 고배율 이미지[Fig. 2(e-h)]를 확인해보면 NCQDs의 농도에 따라 유의미한 표면 형상 변화를 보인다. 먼저 Pristine 샘플의 경우, 입자 표면이 부드럽고 매끈한 형상을 보여준다. 이와 반대로 NCQD/NM_1, NCQD/NM_5 샘플의 경우 표면에 많은 수의 탄소 나노 스피어로 덮여 있는 모습을 보여주며, NCQDs의 농도가 높아질수록 나노 스피어의 분포 및 크기가 증가한다. 이러한 나노 스피어는 전극 내에서 전도성 네트워크를 형성하여 전기전도성을 향상시키며, 전극의 내부 저항을 낮추기 때문에 충/방전 효율을 높이는데 기여할 수 있다.¹⁵⁾ 그러나 NCQD/NM_10 샘플의 경우, NCQDs의 농도가 높아 표면의 나노 스피어의 크기가 과도하게 커진 모습을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 전극 표면의 활성 부위를 차단해 리튬 이온의 확산 경로를 방해하고, 결과적으로 전극의 성능에 부정적인 영향을 미치게 된다. 또한 NCQDs의 균일한 코팅을 확인하기 위해 에너지 분산형 분광분석법을 실시하였다[Fig. 2(i)]. NCQD/NM_5에서는 질소와 탄소가 골고루 분포되어 있는 모습을 보여줬다. 이를 통해 탄소 양자점에 질소가 잘 도핑 되어 있으며, 이러한 NCQDs가 NM90의 표면에 균일하게 코팅되어 있음을 확인하였다.

Fig. 2.

(a-d) Low- and (e-h) high-resolution FE-SEM images of Pristine, NCQD/NM_1, NCQD/NM_5, NCQD/NM_10, (i) EDS results of NCQD/NM_5.

물질의 나노 구조 및 코팅 층은 투과전자현미경을 이용해 조사되었다(Fig. 3). 저해상도 이미지에서는[Fig. 3(a)] 샘플의 표면이 매끄럽고 깨끗하게 관찰된다. 이는 탄소 코팅이 균일하게 진행되었음을 시사한다. 균일하게 코팅된 탄소 층은 전해질과 계면 사이의 안정성을 향상시켜주며, 충/방전 중 용량 감소를 효과적으로 방지하여 용량 유지율을 높일 수 있다.¹⁶⁾ 또한 고해상도 이미지에서는[Fig. 3(b, c)] Pristine 샘플 부분과 약 10 nm 정도 두께의 탄소 층 부분이 나눠져 있는 모습을 확인할 수 있다. 이러한 탄소 층은 재료의 수명 향상 및 전기전도성을 향상시키며 양극 물질과 전해질 사이의 전하 이동을 촉진시키고, 이로 인해 고속 성능을 향상시킬 것으로 예상된다. 또한 Pristine 영역과 탄소 층 영역에서 각각의 고속 퓨리에 변환(fast Fourier transform, FFT) 패턴 및 격자거리를 확인하였다. 해당 FFT 패턴은 NM90의 003면과 탄소의 101면에 해당되며, 각각의 격자거리는 0.47 nm, 0.21 nm로 FFT 패턴과 격자거리가 잘 일치하는 모습을 확인할 수 있었다.^17,18)

Fig. 3.

(a) Low- and (b, c) high-resolution TEM images with FFT results of NCQD/NM_5.

Fig. 4는 각 샘플의 X-선 회절 분석 결과를 나타낸다. Pristine, NCQD/NM90_1, NCQD/NM90_5 샘플의 경우 (003), (101), (006)/(102), (104), (015), (118)/(110), (113), (021), (116)면에 해당하는 피크를 보여주며, 이는 LiNiO₂의 표준카드와 잘 일치한다. 따라서 세 샘플은 모두 R3M 공간군이 있는 α-NaFeO₂상의 헥사고날(hexagonal) 층상구조임을 확인할 수 있다. 이 때, 탄소의 (101)면에 해당하는 피크와 NM90의 (104)면에 해당하는 피크의 위치가 완전히 일치하게 되면서, XRD에서 NM90과 NCQDs의 피크가 하나의 단일 피크로 나타나게 된다. 이러한 결과를 통해 적절한 수준의 NCQDs 코팅은 샘플의 결정구조를 변화시키지 않는다는 것을 알 수 있다. 이와 반대로, NCQD/NM_10 샘플의 경우 모든 피크의 강도가 상대적으로 약해지는 모습을 보인다. 이 결과는 NCQD의 농도가 과하게 높아지면서 X-선이 물질을 통과하지 못했기 때문으로 확인된다.¹⁹⁾ 코팅 두께가 과도하게 두꺼워지면 리튬이온의 확산 속도 또한 영향을 받게 되고, 이로 인해 전극의 초기 및 고속 성능 하락을 야기할 것으로 예상된다.

Fig. 4.

XRD patterns of Pristine, NCQD/NM_1, NCQD/NM_5, NCQD/NM_10.

모든 전극의 전해질/전극 계면 kinetic 특성 분석을 위해 전기화학 임피던스 분광법(EIS)을 진행하였다. EIS 스펙트럼은 고주파 영역의 반원과 저주파 영역의 직선으로 이루어져 있으며 반원은 전하 이동 저항(R_ct), 직선은 와버그 임피던스를 의미한다. Fig. 5(a)는 EIS 분석을 통해 얻은 나이퀴스트 선도(Nyquist plot)의 개형이며, Fig. 5(b)는 이를 통해 구한 와버그 임피던스 값이다. NCQD/NM_1, NCQD/NM_5, NCQD/NM_10 전극 모두 Pristine 전극보다 반원의 크기가 작은 모습을 보인다. 이를 통해 NCQDs 코팅의 결과 전해질/전극의 계면에서의 전하 전달 저항이 감소했다는 사실을 알 수 있다. 특히 NCQD/NM_5 전극에서 가장 작은 R_ct와 와버그 임피던스 값을 갖는데, 이는 최적화된 NCQDs 코팅층이 효과적으로 계면저항을 감소시키며 높은 전자/이온 전도도를 제공하기 때문이다. 모든 전극의 리튬 이온 확산 계수는 식 (1) 및 식 (2)를 이용하여 계산되었다[Fig. 5(c)].²⁰⁾

여기서, σ_w는 와버그 임피던스 계수, D는 리튬 이온 확산 계수, R은 기체상수, T는 온도, F는 패러데이 상수, C는 몰 농도를 나타낸다. NCQD/NM_5 전극은 17.6 × 10^-13 cm²/s의 가장 높은 이온 확산 계수를 나타냈으며, Pristine, NCQD/NM_1, NCQD/NM_10 전극은 각각 2.0 × 10^-13 cm²/s, 4.8 × 10^-13 cm²/s, 1.5 × 10^-13 cm²/s의 이온 확산 계수를 보였다. NCQD/NM_10 전극의 경우 Pristine 전극보다 낮은 이온 확산 계수를 보이는데, 이는 과도하게 코팅된 NCQDs 층이 오히려 리튬 이온 확산을 방해했기 때문이다.²¹⁾ 최적화된 코팅 층을 갖는 NCQD/NM_5 전극은 NCQDs 및 적절한 두께의 코팅 층으로 인해 가장 낮은 전하 이동 저항과 높은 리튬 이온 확산계수를 갖게 된다. 이를 통해 NCQD/NM_5 전극은 초기 용량 하락 없이 우수한 수명성을 갖으며, 고속 충전 및 방전 성능이 향상될 것으로 예상된다.

Fig. 5.

(a) Nyquist plots, (b) Warburg impedance slope and (c) calculated Li+ diffusion coefficient, obtained from Pristine, NCQD/NM_1, NCQD/NM_5, NCQD/NM_10.

제조된 전극의 에너지 저장 성능을 평가하기 위해 배터리 사이클 시스템을 이용해 충/방전 과정을 진행하였다. Fig. 6(a)는 0.2C (1C = 200 mAh/g)에서 Pristine, NCQD/NM_1, NCQD/NM_5 및 NCQD/NM_10 전극의 초기 충전-방전 비용량을 보여준다. NCQD/NM_1은 193.6 mAh/g의 가장 우수한 초기 용량을 보여주며, Pristine 전극은 189.8 mAh/g, NCQD/NM_5 전극은 189.6 mAh/g, NCQD/NM_10 전극이 184.5 mAh/g의 용량을 나타낸다. 이러한 결과는 코팅층의 두께에서 기인한 것으로 여겨진다. NCQD/NM_1 및 NCQD/NM_5 샘플의 경우 Pristine 샘플과 유사하거나 더 높은 용량을 갖는다. 이는 적절한 두께의 코팅이 이루어져 리튬 이온의 확산이 잘 이루어졌기 때문이다. 이와 반대로 NCQD/NM_10 전극의 경우 상대적으로 낮은 초기 용량을 보이게 되는데, 이는 NCQDs의 과도한 코팅으로 인해 비정질 탄소 층의 두께가 늘어나 전지의 내부저항을 증가시키며, 리튬이온의 확산 경로를 길게 하여 이온 이동을 방해했기 때문이다. 모든 전극의 율속 특성을 확인하기 위해 0.2, 0.5, 1, 3, 5, 10C의 전류밀도에서 2.7~4.3 V의 전압범위로 각각 5회씩 충/방전을 진행하였다[Fig. 6(b)]. 일반적으로 높은 전류밀도에서는 전하의 이동속도가 제한되어 용량이 급격하게 감소하게 된다. 이에 따라 Pristine 전극의 경우 10C의 전류밀도에서 67.7 mAh/g의 용량을 갖고 35.7 %의 용량 유지율을 나타낸다. 이와 반대로 NCQDs 코팅한 전극은 10C에서 상대적으로 높은 용량 유지율을 보여준다. NCQD/NM_1 전극의 경우 87.7 mAh/g의 용량값과 45.3 %의 용량 유지율, NCQD/NM_5 전극은 106.3 mAh/g의 용량값과 56.1 %의 용량 유지율, NCQD/NM_10 전극은 73.4 mAh/g의 용량값과 39.8 %의 용량 유지율을 보여준다. NCQD/NM_5의 경우 가장 높은 용량 유지율을 보여줬는데, 이는 최적화된 NCQDs 코팅층이 추가적인 이온/전기전도성을 제공해 주면서 전하 전달 능력을 향상시켰기 때문이다. 이와 반대로 NCQD/NM_10은 상대적으로 낮은 용량 유지율을 갖는다. 이는 NCQDs의 과도한 코팅으로 인해 리튬이온의 확산이 방해되었기 때문이며, 앞서 수행한 분석과도 잘 일치하는 결과를 보여준다. Fig. 6(c)는 전극의 수명 안정성을 테스트하기 위해 1C의 전류밀도에서 200회 동안 모든 전극의 충/방전을 진행한 결과이다. Pristine 전극의 경우 200 사이클 후 부피 팽창과 전이금속 용출 등의 구조적 열화로 인해 94.27 mAh/g의 낮은 용량과 58 %의 수명 유지율을 보여준다. 반면 NCQDs 코팅된 전극들은 Pristine 샘플에 비해 우수한 수명 유지율을 보여준다. 특히, NCQD/NM_5 전극의 경우 200 사이클 이후(128.0 mAh/g의 용량과, 81.5 %의 유지율)를 보여주며 NCQD/NM_1 (113.5 mAh/g, 70.8 %), NCQD/NM_10 (108.5 mAh/g, 72.4 %)과 비교하였을 때도 가장 우수한 성능을 나타낸다. 이러한 결과는 NCQDs 코팅층이 전해질/전극 계면 부반응을 방지하며, NM의 부피팽창 억제에 기여하다는 것을 시사한다. 이러한 결과를 통해 본 연구에서 향상된 전기화학적 성능은 크게 두 가지 효과로부터 기인할 수 있다. (1) 최적화된 NCQDs 층이 사이클링 중 전이금속의 용출과 부피 팽창을 효과적으로 억제하여 수명 안정성을 높였으며, (2) NCQDs의 높은 전기/이온 전도도는 리튬 이온 확산 속도를 향상시키며, 고속에서도 안정적인 용량을 갖게 하였다.

Fig. 6.

(a) First cycle of galvanostatic charge-discharge voltage profiles, (b) rate performance and (c) cycling stability at 1C for 200 cycles of Pristine, NCQD/NM_1, NCQD/NM_5, NCQD/NM_10.

4. 결 론

본 연구에서는 고속 성능 및 수명 안정성 향상을 위해, NCQDs가 코팅된 NM90 양극재를 제조하였다. NCQDs의 풍부한 산소 작용기로 인해 열처리 없이 균일한 탄소 코팅층을 형성할 수 있었으며, 최적화된 농도의 코팅은 양극 표면에 나노 스피어를 형성해 전극 내 전도성 네트워크를 제공하며 향상된 용량 및 전기전도도를 제공하였다. EIS 분석 결과 NCQD/NM_5 전극은 가장 낮은 R_ct값과 높은 리튬 이온 확산 계수(17.6 × 10^-13 cm²/s)를 갖는 것을 나타냈다. 또한 NCQD/NM_5 전극의 경우 189.6 mAh/g이라는 우수한 초기 용량을 보여주었으며, 10C의 전류밀도에서도 106.3 mAh/g의 우수한 용량 유지율을 나타냈다. 특히 1C의 전류밀도에서 200회 충/방전을 진행하고도 81.5 %의 뛰어난 수명 안정성을 확인할 수 있었다. NCQDs가 코팅된 NM90 전극의 전기화학 성능이 향상된 이유로는, 최적화된 코팅층이 전해질/전극 계면 안정성을 강화하고, 전자 및 이온 전도도를 향상시키며, 충/방전 사이클 중 전극의 구조적 열화를 방지했기 때문으로 판단된다. 따라서 NCQDs가 코팅된 양극은 수명 안정성 및 고속 충/방전 성능 향상을 보여주며 차세대 고성능 리튬이온전지 개발을 위한 기술로 활용될 수 있다.