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리튬이온 이차전지 애노드용 Si/C 하이브리드 나노구조 연구동향

전문가 제언: ○ 리튬이온 이차전지는 현존하는 이차전지 가운데 가장 에너지밀도가 높은 이차전지이다. 이 때문에 휴대전화, 디지털카메라, 캠코더, 노트북PC 등의 여러 휴대형 전자기기의 전원으로 사용되고 있고 환경과 에너지문제를 해결하기 위한 하이브리드자동차, 배터리전기자동차, 스마트그리드의 축전장치 및 재난시의 후비전원으로도 시장이 확대되어 가고 있으나 기기의 작동시간이나 이동체의 항속거리 연장을 위한 고용량의 이차전지개발이 절실하게 요구되고 있다.

○ 현재 리튬이온 이차전지의 주된 애노드재료로 사용되고 있는 카본(흑연)은 이의 이론적 비질량 에너지용량인 372mAh/g에 가까운 용량으로 사용하고 있어 이 보다 큰 이론용량을 갖는 Al, Sn, Sb 및 Si 등 새로운 애노드 재료가 활발하게 개발되고 있다. 이 가운데 가장 촉망받으며 개발되고 있는 것이 실리콘기반 애노드이다.

○ 카본에 비하여 약 10배 이상의 용량증대를 실현시켜줄 수 있는 실리콘은 충반전에 수반되는 300%의 수축팽창으로 균열과 미분화가 진행되어 SEI의 기계적 건전성상실과 LiPF6 등의 전해질과의 공존성 등에서 어려움이 있어 실용화되지 못하고 있다. 실리콘 기반 애노드를 실리콘/카본 하이브리드 나노구조의 연구로 극복하고자 하는 연구개발동향을 소개하고 있다.

○ 다공질 실리콘을 사용한 애노드개발은 한양대학교의 조재필 교수팀, 실리콘의 LiPF6과의 공존성 문제를 세계 최초로 밝힌 것은 삼성SDI의 최완욱 팀이다. 서울대의 오규환교수팀은 적절한 바인더의 채용으로 음극두께변화를 14.3%로 저감시킬 수 있음을 밝히고 울산과기원의 박수진교수팀은 Si/Al2O3 복합 애노드를 개발하여 사이클 특성이 비교적 양호함을 밝히고 있다. 리튬이온이차전지의 최대 공급국으로의 면모를 우리나라는 갖추고 있다.

○ Si합금의 석출이나 부식으로 생성된 나노급의 다공질 실리콘은 반복되는 팽창/수축 사이클에서 비교적 체적 변화가 작은 것으로 보고되고 있어 다공질 카본과의 하이브리드화도 한번 시도해 볼만하다고 본다.

저자: M. M. Terranova, et al.,
자료유형: 니즈학술정보