12V급 양극성 전지용 가넷형 리튬이온 전도체에 기반한 박층 하이브리드 전해질

전문가 제언

 

○ 리튬이온 전지는 고에너지 밀도, 고출력 및 긴 사이클 성능이 가능하다. 리튬이온 전지에 대한 수요는 휴대용 디바이스부터 자동차, 고용량 축전 디바이스 등의 대규모 시스템에 이르기까지 응용을 위한 수요가 증가 추세에 있다.

 

○ 이 연구에서 수 마이크로미터 두께를 가진 리튬이온 전도성 세라믹을 기반한 박층 하이브리드 전해질은 액체와 분리기가 없는 12V급 양극성 전지로 실제로 적용하기 위해 연구되었다. 4 wt% 폴리아크릴니트릴(PAN)계 겔 폴리머와 같이 도포한 LLZ 입자로 구성된 입방정 가넷형 Li7La3Zr2O12(LLZ)계 하이브리드 전해질은 박층 전해질로서 제조되었다. 그리고 LiMn0.8Fe0.2PO4(LMFP)/Li4Ti5O12(LTO) 셀의 내부 저항이 감소되고 저온에서 방전을 가능하게 하였다.

 

○ 25℃에서 LLZ계 하이브리드 전해질의 전도성은 LLZ 고체 전해질보다 10배나 더 높았고, PAN계 겔 폴리머와 견줄만하였다. 하이브리드 전해질의 이온 전도성에 대한 활성 에너지는 겔 폴리머 전해질보다 상당히 작았다. 박층 LLZ계 하이브리드 전해질 층을 사용하여 제작된 12V급 양극성 LMFP/LTO 전지는 우수한 방전율 성능을 발휘하고, -40℃∼ 80℃의 넓은 온도범위에서 작동한다. 또한 종래의 리튬이온 전지와 견줄만한 충 방전 사이클을 보여주었다.

 

○ 우리나라의 삼성 SDI, LG화학 및 SK 이노베이션 등이 세계적으로 선도 양산하고 있는 폴리머형 리튬이온 이차전지도 넓은 의미에서 고체 전해질로 분류되고 있지만, 이 연구에서는 이온 전도성 세라믹형을 말한다. 최근에 고체전해질은 자동차 적재용 등으로 용도 확대를 위해, 보다 안전하고 고용량인 차세대 축전 디바이스가 요구되고 있다.

 

○ 무기계의 리튬이온 전도체는 황화물계에 비해서 취급이 용이한 산화물계 중에 가넷형 리튬이온 전도체(LLZ)가 높은 이온 전도성을 보여주고, 리튬 금속에 대해 안전하다. 이 때문에, LLZ는 산화물계 전 고체 리튬 이차전지의 고체전해질이나 이차전지의 리튬 금속 보호 층으로서 최고 유망한 화합물로 알려져 있어 관련 전도체 개발이 필요하다.

저자

Kazuomi Yoshima et al.

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2016

권(호)

302()

잡지명

Journal of Power Sources

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

283~290

분석자

이*복

분석물

• 12V급 양극성 전지용 가넷형 리튬이온 전도체에 기반한 박층 하이브리드 전해질.pdf [514,989 byte]

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