본 기술은 리튬 금속 전지의 성능 저하를 막기 위해 양극활물질층에는 2,2'-비피리딘(2,2'-bipyridine) 기반, 음극 코팅층에는 2,2'-비피리디늄(2,2'-bipyridinium) 기반 공유결합성 유기 골격구조체(COF)를 각각 도입하여, 양극의 금속 이온 용출을 억제하고 음극에서 음이온 트래핑을 유도하는 기술입니다.
고니켈계 양극활물질은 니켈 이온이 용출되며 구조가 불안정해지는 문제가 있었습니다. 음극 표면에서는 전해액 부반응과 불균일한 리튬 전착으로 덴드라이트가 형성되어 전지 수명이 짧아지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 양극에 금속 이온을 포집하는 2,2'-비피리딘 기반 COF를 첨가해 이온 채널을 만들고 니켈 용출을 억제하며, 음극에는 음이온을 트래핑하는 2,2'-비피리디늄 기반 COF 코팅층(AR-SEI)을 형성해 균일한 리튬 이온 플럭스를 유도하도록 구성됩니다. 또한 양극용 COF를 4차화 반응시키면 음극용 COF가 얻어지므로 소재 제조 공정이 간결합니다. 이 기술은 하이니켈 양극과 리튬 금속 음극을 조합한 차세대 고에너지 전지와 장거리 전기차 배터리에 적용될 수 있어, 양극 열화와 음극 덴드라이트를 하나의 소재 계열로 동시에 다스릴 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 단이온전도체 기반 다차원 자유형상 전원 시스템 지원을 통해 개발되었습니다.
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