전위보호막을 포함하는 이차전지용 전극 구조 및 이의 제조방법

그래핀 폼 전위보호막으로 전해질을 분리한 SEI 억제형 나노와이어 음극 구조

본 기술은 전기 전도성을 갖는 전위보호막(그래핀 폼 등)으로 전해질을 외부 전해질과 나노구조체 음극활물질이 접하는 내부 전해질로 나누고, 충전 시 외부 전해질 계면에만 전위차와 SEI 층이 형성되도록 유도하여 활물질 표면의 부반응을 억제하는 기술입니다.

실리콘과 같은 고용량 음극 재료는 충방전 과정에서 부피가 크게 변하면서 전극 계면의 SEI(Solid-electrolyte Interphase) 층이 반복적으로 파괴되고 다시 생성되었습니다. 이로 인해 용량이 점차 감소하고 사이클 수명이 단축되는 문제가 있었습니다.

본 기술은 3차원 마이크로-관형 그래핀 폼을 전위보호막으로 사용해 내부 전해질을 물리적·전기적으로 분리하고, 내부 공간에 성장시킨 니켈실리사이드 등 나노와이어 활물질 표면에는 SEI 층이 생기지 않도록 제어하도록 구성됩니다. 실리콘계 고용량 음극을 채용하는 전기차용 배터리나 고율 충방전이 요구되는 전동공구용 전지에 적용될 수 있어, 반복 충전에도 활물질 표면이 깨끗하게 유지되어 장기 용량 보존에 유리합니다.

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Key Features:

• 전해질을 양극과 접촉하는 외부 전해질 및 나노구조체와 접촉하는 내부 전해질로 분리하는 전기 전도성 전위보호막
• 전위보호막이 형성한 내부 전해질 수용 공간 안에서 내부 전해질이 위치한 면에 다수개로 형성되는 나노구조체
• 전지 충전 시 외부 전해질이 위치한 면에 전위차가 형성되는 연속 3차원 마이크로-관형 그래핀 폼 구조체
• 니켈 폼 템플릿을 그래핀 폼 내부 면에 일부 잔류시키고 이를 시드로 하여 나노와이어를 성장시키는 단계

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본 발명은 미래창조과학부의 휴먼인터페이스용 3D 나노아키텍쳐 하이브리드 소재 및 소자 개발고율 특성 구현을 위한 양극/음극재의 제조 및 전극 제조 공정기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.

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