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리튬이온 2차 전지용 박막 음극 개발

전문가 제언: ○ 2차 리튬이온 전지는 현재 휴대전화기 등의 휴대기기용으로 가장 널리 사용되고 있으나, 금후 전기자동차(EV)나 하이브리드 전기자동차(HEV)용으로의 성능 개선이 주목받고 있다. 리튬 폴리머 전지는 많은 장점이 있으나 아직은 불충분한 저온 특성과 고가의 과제가 있다.

○ 리튬전지는 고 전위, 고 에너지밀도의 장점으로 일찍이 압연 리튬금속박을 음극으로 하는 2차 전지가 개발 되었다. 그러나 액체전해질 속에서 음극인 리튬금속의 수지상 석출로 내부 단락 및 폭발이 발생하여 생산이 중지되었다. 현재는 음극에 흑연, 양극에 코발트산리튬을 사용하여 충전과 방전에 따라 리튬이온이 양극과 음극 사이를 왕복하는 흔들의자 원리로 리튬금속의 수지상 석출을 억제하는데 성공하여 리튬이온 2차 전지의 표준이 되었다.

○ 휴대기기의 발전에 따른 전지 고밀도화의 추세에 부응하여 2차 리튬이온 전지의 음극물질로 리튬금속의 염가와 고 에너지밀도에 다시 주목하여, 유기 액체전해질 속에서의 리튬금속의 수지상 석출 억제 대책이 활발히 연구되고 있다. 본문은 음극재료로 리튬금속 사용을 위한 것이다.

○ SEI사는 본문에서 박막 리튬금속 음극 위에 황화리튬 기반의 고전도도의 박막 고체전해질을 엑시머 레이저 박리법으로 형성하여, 리튬금속과 액체전해질 사이의 반응을 막아 리튬금속의 수지상 석출 생성을 억제하고, 기존 흑연 음극의 리튬이온 2차 전지 에너지밀도의 2배에 근접하는 안전한 고성능 리튬이온 2차 전지 개발에 성공한 것을 소개하였다.

○ 리튬금속 음극 사용 시 리튬금속의 수지상 석출에 의한 단락사고에 대한 하나의 다른 대책으로 일본의 AIST는 2004년 PP13-TFSI라는 이름의 비대칭 환상 4급 암모늄-이미드염의 이온성 액체 전해질 개발을 발표했다. 난연성과 높은 열적 안정성을 가진 이 액체는 고전압에 견디고, 이 액체 속에서의 리튬금속의 석출은 수지상이 아니고 평활한 표면을 가져 전압 안정성을 가진다고 한다. 차세대 리튬이온 2차 전지를 향한 뜨거운 기술개발 경쟁에 한국의 기술이 빛을 발할 날을 기다리고 있다.

저자: Nobuhiro Ota et al
자료유형: 학술정보