수계 리튬이온전지 내 리튬메탈 음극 계면 부반응 제어 - 전상진 (The Graduate School, Ajou University, 2023)
리튬이온 전지 화재 , 폭발 등의 안전성 문제를 해결하기 위해 수계전지가 안전하고 경제적인 대안으로 연구되고 있다 . 그 중 기존 수계리튬이온전지의 사이클 특성과 에너지밀도를 개선하기 위해 최근 연구에서 수계 전해질의 전기화학창 확장 및 이를 통한 셀 안정성 향상을 도모하고 있는 한편 , 여전히 리튬메탈과 같은 저전위 음극 계면에서의 화학적 전기화학적 심각한 부반응 문제로 인해 리튬메탈 음극 사용은 어려운 과제로 꼽힌다 . 이에 본 연구는 저전위 음극 리튬메탈을 수계 리튬이온전지에 적용할 수 있는 새로운 표면처리 방안을 제시하고 , 사용된 유·무기 복합 코팅막에 대한 분석을 진행하였다 . 코팅막 내 유기 단량체 열중합을 통해 음극 표면 물 분자의 침투를 차단할 수 있었으며 , 고분자 매트릭스 내 존재하는 불소기의 분해로 안정적인 SEI 층을 형성하는데 성공했다 . 이를 통해 수계 리튬이온전지에서 구동 전위 0.5 V vs Li/Li 이하 음극 사용에 따른 HER 반응 을 효과적으로 억제하고 , 물과 리튬메탈 간의 화학적 부반응도 동시에 제어할 수 있었다 . 또한 , 제안된 보호막을 적용한 리튬메탈 대칭셀은 500 시간 이상 구동 가능한 내구성을 보였다 . 이러한 결과는 고출력 (high power) 수계 전지의 가능성을 제시하며 , 수계 리튬이온전지안전성과 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 전지 기술에 대한 중요한 발견이다
학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :에너지시스템학과,2023. 8
Keywords: 리튬메탈; 리튬이온전지; 수계전지; 수계전해질