본 기술은 실리콘 음극 위에 사전 리튬화 처리층을 형성하고 그 위에 리튬합금화 금속 보호층을 차례로 적층하여, 대기에 노출되더라도 리튬-실리콘 합금 구조를 유지하고 계면 저항을 제어하는 기술입니다.
실리콘 음극을 사전 리튬화하면 대기 중에서 불안정해져 성능이 떨어지는 문제가 있었습니다. 또한 높은 구동 압력이 필요하고, 실리콘 음극과 고체 전해질 사이의 계면 부반응 때문에 방전 용량과 율속 특성이 낮은 한계가 존재했습니다.
본 기술은 음극 활물질층 위에 리튬을 코팅해 사전 리튬화 처리층을 먼저 만들고, 그 위에 주석(Sn), 은(Ag) 등 리튬합금화 금속을 코팅해 보호층을 형성하도록 구성됩니다. 내부에는 Li-Si 합금, 계면 보호층에는 Li-M 합금이 생성되어 대기 노출 환경에서도 구조가 안정하고 낮은 가압 조건에서도 높은 방전 용량을 냅니다. 고용량 음극이 필요한 전고체 전기차 배터리와 휴대용 전자기기, 전력 기기용 셀에 적용될 수 있어, 드라이룸 의존도를 낮추고 셀 조립 공정의 취급 편의성을 높일 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 전지설계기반 600Wh/L급 EV용 대면적 전고체 전지 브릿지 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
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