| 초록 |
1.분석자 서문 황화물 기반의 고체전해질 (solid electrolyte, SE)은 높은 이온전도도와 낮은 입자강도 덕분에 실용적인 전지로 각광받고 있다. Iodine (I)을 포함하는 고체전해질은 이온전도도가 높은 것으로 알려져 있다. 이를 LiI-Li3PS4를 합성하여 확인을 했으며 4 V급 Li/SE/LiNi0.80Co0.15Al0.05, Li/SE/S 구성의 전지로 성능을 확인하였다. 100회 충방전 동안 우수한 수명 특성을 보여주었으며, 충방전 중에 용량이 증가하는 현상을 이해하기 위해 SE의 산화환원 반응성을 확인하였다. 본 논문은 최근 개발되고 있는 전고체전지에서 핵심적으로 다루어져야 할 전기화학적 특성을 소개하고, 아직 설명되지 않은 SE의 산화환원반응에 대해서 집중적으로 설명한다. 본 분석에서는 본 기술의 의의 및 이상현상을 간단히 정리하여 독자의 이해를 돕고자 한다. 2. 목차 1. 개요 2. 결과 2.1. LiI-Li3PS4 분석 2.2. Li/LiI-Li3PS4/LZO-NCA (NCA 셀)(LZO: Li2O-ZrO2) 2.3. Li/LiI-Li3PS4/C-S 셀 (S셀) 2.4. Li/LiI-Li3PS4/C-LiI-Li3PS4 (E셀) 3. 토의 3.1. LiI-Li3PS4의 특징 3.2. S전지 반응 메커니즘 4. 결론 5. 분석자 결론 최근 리튬이온전지가 한계에 봉착하면서 차세대 전지에 대한 기대가 높아지고 있다. 많은 차세대 전지 중에서 전고체전지는 가장 현실적인 대안으로 고려되고 있으며, 최근 일본 토요타자동차의 2022년 전고체전지 양산 계획이 발표되고나서 보다 많은 업체 및 연구기관에서 전고체전지에 대한 관심을 보이고 있다. 본 연구는 기존 액체전해질 기반의 리튬이온전지에서 발생하지 않는 전고체전지 특유의 이상현상에 대한 내용으로 전고체전지 개발에 중요한 인사이트를 제공해주고 있다. 기존 리튬이온전지에서는 액체전해액의 우수한 젖음성 덕에 이온전도에 대한 문제가 크지 않지만 전고체전지에서는 입자 간의 접촉으로 이온/전자전도 패스를 형성시켜야하기 때문에 전자전도 뿐만 아니라 이온전도 통로에 대한 깊은 고민도 필요하다. 일반적으로 에너지밀도를 높이기 위해 산화환원반응을 하지않는 고체전해질의 양을 줄이면 이온전도 통로가 줄어들어 저항이 증가하는 문제가 발생한다. 하지만, 이온전도체 (고체전해질)가 전기화학 용량에 기여를 할 수 있다면, 본 trade-off를 개선할 수 있는 중요기술이 될 것이라 생각한다. 본 논문은 전고체전지의 핵심소재인 고체전해질만의 특이한 전기화학적 산화환원 성질을 심도 깊게 분석 및 예상 메커니즘을 제안하고 있어 앞으로 전고체전지 개발에 중요한 지침서가 되리라 생각한다. References 1. Bates, J. B.; Dudney, N. J.; Gruzalski, G. R.; Zuhr, R. A.; Choudhury, A.; Luck, C. F.; Robertson, J. D., Fabrication and characterization of amorphous lithium electrolyte thin films and rechargeable thin-film batteries. Journal of Power Sources 1993, 43 (1), 103-110. 2. Aihara, Y.; Ito, S.; Omoda, R.; Yamada, T.; Fujiki, S.; Watanabe, T.; Park, Y.; Doo, S., The Electrochemical Characteristics and Applicability of an Amorphous Sulfide-Based Solid Ion Conductor for the Next-Generation Solid-State Lithium Secondary Batteries. Frontiers in Energy Research 2016, 4. 3. Hakari, T.; Nagao, M.; Hayashi, A.; Tatsumisago, M., All-solid-state lithium batteries with Li3PS4 glass as active material. Journal of Power Sources 2015, 293, 721-725. 4. Ogawa, M.; Kanda, R.; Yoshida, K.; Uemura, T.; Harada, K., High-capacity thin film lithium batteries with sulfide solid electrolytes. Journal of Power Sources 2012, 205, 487-490. 5. Tatsumisago, M.; Hama, S.; Hayashi, A.; Morimoto, H.; Minami, T., New lithium ion conducting glass-ceramics prepared from mechanochemical Li2S ndash;P2S5 glasses. Solid State Ionics 2002, 154, 635-640. 6. Kamaya, N.; Homma, K.; Yamakawa, Y.; Hirayama, M.; Kanno, R.; Yonemura, M.; Kamiyama, T.; Kato, Y.; Hama, S.; Kawamoto, K., A lithium superionic conductor. Nature materials 2011, 10 (9), 682. 7. Kwon, O.; Hirayama, M.; Suzuki, K.; Kato, Y.; Saito, T.; Yonemura, M.; Kamiyama, T.; Kanno, R., Synthesis, structure, and conduction mechanism of the lithium superionic conductor Li10+ delta;Ge1+ delta;P2 minus; delta;S12. J. Mater. Chem. A 2014, 3 (1), 438-446. 8. Kato, Y.; Hori, S.; Saito, T.; Suzuki, K.; Hirayama, M.; Mitsui, A.; Yonemura, M.; Iba, H.; Kanno, R., High-power all-solid-state batteries using sulfide superionic conductors. Nature Energy 2016, 1, 16030. 9. Mercier, R.; Malugani, J.-P.; Fahys, B.; Robert, G., Superionic conduction in Li2S-P2S5-LiI-glasses. Solid State Ionics 1981, 5, 663-666. 10. Ohtomo, T.; Hayashi, A.; Tatsumisago, M.; Kawamoto, K., All-solid-state batteries with Li 2 O-Li 2 SP 2 S 5 glass electrolytes synthesized by two-step mechanical milling. Journal of solid state electrochemistry 2013, 17 (10), 2551-2557. ※ 이 자료의 분석은 현대자동차 연구개발본부의 권오민님께서 수고해주셨습니다. |
