본 기술은 4급 암모늄기를 포함하는 단량체와 다관능성 단량체를 광경화해 형성한 망상 고분자 매트릭스에 금속 산화물 층으로 표면 처리된 양이온성 무기나노입자를 분산시켜, 리튬 이온 수송수와 이온 전도도를 함께 높인 고체전해질 기술입니다.
기존 이중이온 전도체 고분자 전해질은 리튬 양이온과 음이온이 모두 움직이기 때문에 리튬 이온 수송수가 낮고, 이로 인한 농도 구배와 셀 분극으로 전지 성능이 열화되는 문제가 있었습니다. 아울러 기존 고체전해질은 전극과의 계면 저항이 높고 리튬 금속 음극과 불안정해 덴드라이트가 성장하는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 4급 암모늄 양이온 작용기를 고분자 주쇄에 고정해 음이온 이동을 억제하고 리튬 이온의 선택적 이동을 극대화하며, TiO2와 SiO2로 코팅된 양이온성 무기나노입자를 혼입해 계면 안정성과 이온 전도도를 보강하도록 구성됩니다. 또한 용매를 쓰지 않는 프린팅 공정으로 전해질과 전극을 일체화해 계면 저항을 최소화합니다. 4V 이상에서 구동하는 리튬금속전지, 프린팅 공정 기반 박막·플렉서블 전지 제조에 적용될 수 있어 셀 분극을 낮추고 용매 건조 설비 없이 전극-전해질 일체형 셀을 생산할 수 있게 합니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 단이온전도체 기반 다차원 자유형상 전원 시스템 지원을 통해 개발되었습니다.
US2022-0376296A1
