실리콘 음극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전지

은 리튬합금화 박막 증착으로 고체전해질 계면을 안정화한 실리콘 음극

본 기술은 실리콘 음극 활물질층 표면에 은(Ag) 등 리튬합금화 금속층을 30~80nm 두께로 증착하여, 충·방전 중 고체전해질과의 계면 접촉력을 강화하고 전기화학적 안정성을 확보하는 기술입니다.

실리콘 음극은 이온 및 전자 전도도가 낮고 충·방전 시 부피 변화가 커서, 황화물계 고체전해질과의 계면에서 부반응이나 계면 박리가 발생하는 문제가 있었습니다. 이로 인해 수명 특성과 방전 용량이 함께 저하되는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 실리콘, CNT, PVDF로 이루어진 음극 활물질층 위에 DC 스퍼터법으로 30~80nm 두께의 은(Ag) 금속층을 형성하도록 구성됩니다. 충전 시 이 금속층이 리튬과 합금을 이루며 무르고 점착성 있는 상태가 되어 고체전해질과의 접촉을 균일하게 유지하고 계면 저항을 낮춥니다. 이 기술은 전고체 전지 기반 전기차 배터리와 통신·운송 장치용 전원에 적용될 수 있어, 실리콘 음극의 고용량 장점을 살리면서 계면 박리로 인한 용량 감소를 억제할 수 있습니다.

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Key Features:

• 구리호일 음극 집전체 상에 형성되며 실리콘, 탄소나노튜브 도전재 및 폴리비닐리덴 디플루오라이드 바인더를 포함하는 음극 활물질층
• 음극 활물질층 상에 DC 스퍼터법으로 30 내지 80 nm 두께로 형성된 은(Ag) 리튬합금화 금속층
• 실리콘 음극과 리튬 금속을 포함하는 양극 사이에 게재되어 전지를 구성하는 고체전해질층
• 충방전 후 실리콘 음극과 고체전해질층 사이 계면에서 리튬합금화 금속층과 리튬 이온의 결합으로 형성되는 리튬합금층

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본 발명은 과학기술정보통신부의 전지설계기반 600Wh/L급 EV용 대면적 전고체 전지 브릿지 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.

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