본 기술은 실리콘 음극의 부피 팽창을 억제하기 위해 카테콜아민과 아미노페닐 보론산이 각각 그라프트된 고분자를 보로닉 에스터 결합으로 가교한 3차원 네트워크 구조 바인더를 설계하는 기술입니다. 보로닉 에스터의 동적 가역 결합으로 자가 치유(self-healing) 기능을 구현하고, 잔류 카테콜아민의 접착력으로 기계적 강도를 강화합니다.
실리콘(Si) 음극은 충·방전 과정에서 최대 400%에 이르는 급격한 부피 변화가 일어나 전극 내부에 균열과 구조적 붕괴가 발생하는 문제가 있었습니다. 이로 인해 리튬 이온과 전자의 전달 경로가 끊기고 불안정한 SEI 층 형성 및 전해액 부반응이 반복되어 용량 감소와 급격한 수명 열화가 나타났습니다.
본 기술은 카르복실레이트기를 가진 고분자에 도파민(카테콜아민)과 아미노페닐 보론산을 각각 그라프트해 접합체를 만든 뒤, 두 접합체를 보로닉 에스터 결합으로 가교시킨 공중합체를 바인더로 사용하도록 구성됩니다. 이 바인더는 전극 내부에 3차원 네트워크를 형성해 부피 팽창을 기계적으로 억제하고, 끊어진 결합이 가역적으로 다시 이어지며 손상된 전극 구조를 복구하고, 도파민 그룹을 통해 집전체 및 활물질과의 접착력을 높입니다. 고용량 실리콘·실리콘-흑연 복합 음극을 채택하는 차세대 전기차 셀과 스마트폰 배터리에 적용될 수 있어 실리콘 함량을 늘리면서도 전극 박리와 균열로 인한 수명 손실을 최소화할 수 있습니다.
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