Li ion-metal hybrid batteries for high energy density
발표자
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초록
내용
리튬 이온 배터리의 제한적인 에너지밀도를 개선하기 위해 리튬 금속을 전극으로 사용하는 리튬 메탈 배터리에 대한 연구가 많이 진행되고 있으나 충, 방전 시 발생하는 전극 부피팽창, 불안정한 고체전해질계면(SEI layer)의 형성, dendrite로 인한 안정성 문제등이 있다. 본 연구에서는 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도를 향상시키기 위해 탄소 전극의 이론 용량만큼 리튬 이온을 저장한 후 전극에 리튬 메탈을 추가적으로 저장하는 Li-ion/metal hybrid 저장 방식을 도입하였다. 우수한 출력특성과 리튬 메탈 저장 시 발생하는 dendrite 형성을 지연시켜주는 경질 탄소를 전극으로 사용했으며 raman 및 XRD 분광법을 통해 합성된 활물질이 경질 탄소의 특징을 가지는 것을 확인하였다. 또한 황 도핑을 통한 전극 산소 작용기의 감소를 X선 광전자 분광법으로 관찰했으며, 전해질 부반응을 제어해 쿨롱 효율을 향상시켰다. 전해질 첨가제를 사용해 안정한 무기 SEI layer의 형성을 ex-situ X선 광전자 분광법을 통해 확인하였으며, 무기 SEI layer는 리튬 메탈 저장 시 발생하는 부피팽창을 효과적으로 수용하여 SEI layer 분해 및 추가적인 부반응을 억제함을 확인하였다.