그래파이트 음극의 표면 안정성을 향상시키기 위한 리튬이온이차전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬이온이차전지

TMSP 첨가제 유래 인·규소 SEI를 형성하는 장수명 그래파이트 음극 전해질

본 기술은 리튬이온이차전지 전해질에 트리스(트리메틸실릴)포스파이트(TMSP)를 첨가하여, 전기화학적 환원과 화학 반응 경로를 거쳐 그래파이트 음극 표면에 인(P)과 규소(Si)를 함유한 안정한 SEI 층을 형성함으로써 전지의 수명과 고온 안정성을 높이는 기술입니다.

기존 VC 등의 전해질 첨가제는 고용량 양극재와의 상용성이 부족하여 사이클 수명이 떨어지고 고온에서 스웰링이 발생하는 문제가 있었습니다. 또한 SEI 층이 불균일하게 형성되어 전해질이 지속적으로 분해되는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 전해질 전체 중량 대비 3중량%의 TMSP와 에틸렌카보네이트(EC)·에틸메틸카보네이트(EMC) 혼합 유기용매를 사용하여, XPS와 31P-NMR에서 특정 피크를 나타내는 화학적으로 개질된 SEI 층이 음극 표면에 형성되도록 구성됩니다. 이 전해질은 그래파이트 음극을 채용한 전기차용 파우치 셀, 고온 환경에 노출되는 에너지저장장치 셀 등에 적용될 수 있어 50사이클 이후에도 95% 이상의 비용량 유지율을 기대할 수 있습니다.

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Key Features:

• 양극, 그래파이트로 이루어진 음극, 리튬이온이차전지용 전해질 및 분리막으로 함께 구성되는 리튬이온이차전지 셀
• 화학식 1로 표시되는 TMSP 화합물을 전체 중량 기준 3 중량% 포함하고 유기용매와 리튬염을 함께 포함하는 전해질
• 전해질 내에서 리튬염을 용해하며 에틸메틸카보네이트(EMC)와 에틸렌카보네이트(EC)가 2:1의 부피비로 혼합된 유기용매
• XPS 분석에서 F1s 685.3 eV, P2p 134.8 eV 및 130.9 eV, Si2p 101.9 eV 피크가 존재하고 31P-NMR에서 R-P(=O)-(OR)2 피크가 검출되는 음극 표면 SEI층

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