리튬 금속 전극을 구비하는 리튬 이차 전지

FEC 혼합용매와 삼중 리튬염 전해액 기반 LiF 풍부 SEI 리튬금속전지

본 기술은 FEC와 다이알킬카보네이트를 특정 부피비로 섞은 혼합 용매에 LiPF6, LiTFSI, LiDFOB 복합 리튬염을 도입한 전해액을 이용하여, 리튬 금속 음극 표면에 LiF가 풍부한 SEI 층을 형성하는 기술입니다. 이를 통해 리튬 덴드라이트 성장을 억제하고 음극 계면 안정성을 높입니다.

리튬 금속 음극은 충전 과정에서 리튬이 불균일하게 증착되어 덴드라이트가 성장하고 전지 단락으로 이어지는 문제가 있었습니다. 아울러 표면 부반응으로 비활성 리튬(dead Li)이 쌓이고 전해질이 소모되면서 수명과 에너지 효율이 떨어지는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 FEC 1 부피부에 대해 EMC 등 다이알킬카보네이트를 2.7~3.3 부피부로 배합하고, 0.03~0.07M LiPF6, 0.75~0.95M LiTFSI, 0.05~0.25M LiDFOB를 조합한 전해액을 사용하도록 구성됩니다. 그 결과 LiF, PEO, Li2CO3, Li2S, Li3N 등 유·무기 복합 성분으로 이루어진 기능성 SEI 층이 음극을 보호합니다. 고에너지밀도 리튬메탈 파우치셀, 드론·UAM용 경량 전원, 차세대 리튬 금속 전지용 전해액 제품에 적용될 수 있어, 별도의 음극 코팅 공정 없이 전해액 처방만으로 덴드라이트 문제에 대응할 수 있다는 장점이 있습니다.

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Key Features:

• 리튬 금속층 혹은 리튬 합금층으로 이루어진 음극과 양극 사이에 배치된 전해액
• FEC 1 부피부에 대해 다이알킬카보네이트를 2.7 내지 3.3 부피부로 함유하는 카보네이트계 혼합 용매
• 0.03 내지 0.07M의 LiPF6, 0.75 내지 0.95M의 LiTFSI, 0.05 내지 0.25M의 LiDFOB를 조합한 리튬염
• 음극과 전해액 사이에 위치하며 F1s XPS에서 C-F 피크 면적 대비 LiF 피크 면적이 같거나 더 큰 SEI층

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본 발명은 과학기술정보통신부의 자연적 유/무기 복합 막 생성반응 설계에 기반한 고 에너지 밀도 리튬 메탈 전지 핵심 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.

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