본 기술은 황화물계 고체전해질 전구체 용액을 이용한 용매열 합성법(Solvothermal synthesis)을 리튬 금속 표면에 적용하여, 리튬의 녹는점보다 낮은 150~180℃에서 결정성 아기로다이트(Argyrodite) 타입 고체전해질 박막을 직접 형성하는 기술입니다.
리튬 금속 음극은 반응성이 높아 액체 전해질과 부반응을 일으키고 SEI가 불안정하며, 충방전 중 덴드라이트가 자라 단락과 수명 저하를 유발하는 문제가 있었습니다. 기존 비정질 황화물 코팅은 이온 전도도가 낮았고, 결정성 고체전해질을 얻기 위한 고온 공정은 리튬 금속의 녹는점(약 180℃) 때문에 적용하기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 Li2S, P2S5, LiCl 전구체 용액이 담긴 반응 용기에 리튬 금속 기판을 침지하고 완전히 밀봉한 뒤 가열하여, 용매 증기압으로 높아진 내부 압력 덕분에 150~180℃에서도 Li6PS5Cl 결정성 고체전해질층이 리튬 표면에 직접 형성되도록 구성됩니다. 리튬 금속 배터리의 음극 보호층, 하이브리드 고체-액체 전지, 전고체 전지용 리튬 음극 전처리 공정에 적용될 수 있어, 리튬을 녹이지 않고도 이온 전도도가 높은 결정상 계면을 얻는다는 점이 차별화됩니다.
본 발명은 산업통상자원부의 도시광산의 희소금속 재자원화 기술 고급트랙 지원을 통해 개발되었습니다.
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