리튬 금속-유기 고체 전해질 계면 제조를 위한 초고속 공정

에너지 및 환경 과학 ( IF 38.532 ) 게시 날짜 : 2021-06-24 , DOI. 10.1039/d1ee00759a

키타우라 히로카즈, 호소노 에이지, 저우 하오셴

초록

리튬 음극은 무기 고체 전해질(ISE)을 사용하는 차세대 배터리에 적용될 것으로 예상됩니다. 리튬과 ISE를 결합할 때 계면 반응으로 인해 성능이 저하되는 경우가 많아 이를 방지할 수 있는 새로운 반응성 공정(초음파 보조 융착 용접법)을 사용하여 리튬과 ISE 사이에 우수한 인터페이스를 초고속으로 형성하는 전략을 시연합니다. 우리는 초음파 조사가 용융된 리튬과 ISE 사이의 적절한 계면 형성에 도움이 되며, 단 몇 초 만에 접합 공정이 완료된다는 것을 발견했습니다. 얻어진 계면은 낮은 저항을 보였으며 0.5mA cm-2의 높은 전류 밀도에서도 사용할 수 있었습니다. 개발 결과 이 초고속 공정을 통해 차세대 배터리용 프로토타입 셀의 개발이 촉진되었습니다.

더 넓은 컨텍스트

이론적으로 큰 용량(3860mA h g-1)과 음전위(표준 수소 전위 대비 -3.04V)를 가진 리튬 금속은 궁극적인 음극 소재로 간주됩니다. 무기 고체 전해질(ISE)과 리튬 금속을 사용하는 전고체 배터리는 높은 안전성과 높은 에너지 밀도를 갖춘 차세대 배터리로 기대되고 있습니다. 따라서 리튬이온 배터리 연구에서는 간단한 공정으로 단시간에 리튬금속을 ISE에 효과적으로 결합시키는 기술이 중요합니다. 따라서 간단한 공정으로 단시간에 리튬 금속을 ISE에 효과적으로 결합시키는 기술은 리튬-이차전지 연구에서 중요합니다. 이 보고서에서는 초음파를 이용해 리튬 금속과 ISE를 빠르게 접합하는 새로운 전략, 즉 초음파를 이용한 열융착 접합법을 시연합니다. 초음파 조사가 리튬과 ISE 사이의 계면 형성에 도움이 되며, 단 몇 초 만에 접합 공정이 완료된다는 것을 발견했습니다. 이렇게 형성된 계면은 낮은 저항을 보였고 높은 전류 밀도에서도 사용할 수 있었습니다. 이 초고속 공정을 통해 프로토타입 셀의 개발이 촉진되었습니다. 전기화학적으로 유리한 리튬-ISE 인터페이스를 쉽게 생성하는 이 기술은 리튬과 ISE의 번거로움으로부터 사람들을 해방시켜 줍니다. 전기화학적으로 유리한 리튬-ISE 인터페이스를 쉽게 생성하는 이 기술은 리튬 음극 제조의 번거로움에서 벗어나 차세대 배터리 실현과 전기 자동차의 활용을 촉진할 것입니다.

리튬 금속-유기 고체 전해질 계면 제조를 위한 초고속 공정

리튬 음극은 무기 고체 전해질(ISE)을 사용하는 차세대 배터리에 사용될 것으로 예상됩니다. 리튬과 ISE를 결합할 때 계면 반응은 일반적으로 성능 저하로 이어지기 때문에 이를 피해야 합니다. 이 보고서에서는 반응성 공정(초음파 보조 융착 용접법)을 사용하여 리튬과 ISE 사이에 우수한 계면을 초고속으로 형성하는 새로운 전략을 시연합니다. 초음파 조사가 용융된 리튬과 ISE 사이에 적절한 계면을 형성하는 데 도움이 되며, 접합 공정이 완료되는 데 단 몇 초밖에 걸리지 않는다는 것을 발견했습니다. 이렇게 형성된 계면은 낮은 저항을 나타내며 0.5mA cm-2의 높은 전류 밀도에서도 사용할 수 있습니다. 이 초고속 공정은 차세대 배터리를 위한 프로토타입 셀 개발을 용이하게 합니다.

리튬 금속은 이론적으로 큰 용량(3860mA h g-1)과 음전위(표준 수소 전위 대비 -3.04V)를 가진 궁극적인 음극 소재로 간주됩니다. 무기 고체 전해질(ISE)과 리튬 금속을 사용하는 전고체 배터리는 높은 안전성과 높은 에너지 밀도를 갖춘 차세대 배터리로 기대되고 있습니다. 따라서 리튬 금속을 단시간에 간단한 공정을 통해 ISE에 효율적으로 접합하는 기술은 리튬이차전지 연구에 있어 매우 중요합니다. 하지만 기존 방식은 길고 지루한 공정이 필요합니다. 이 보고서에서는 초음파를 이용한 열 융합 방법인 초음파를 사용하여 리튬 금속을 ISE에 빠르게 결합하는 새로운 전략을 시연합니다. 초음파 조사가 융합된 리튬과 ISE 사이의 계면 형성을 돕고 결합 프로세스를 완료하는 데 단 몇 초밖에 걸리지 않는다는 것을 발견했습니다. 이렇게 형성된 계면은 낮은 저항을 나타내며 높은 전류 밀도에서도 사용할 수 있습니다. 이 초고속 공정은 프로토타입 배터리 개발을 용이하게 합니다. 이 기술을 통해 전기화학적으로 유리한 리튬-ISE 인터페이스를 쉽게 만들 수 있어 리튬 양극을 제조하는 번거로움에서 벗어날 수 있으며 차세대 배터리 실현과 전기 자동차 채택을 촉진할 수 있습니다.

참고: 중국어 번역은 컴퓨터 프로그램에 의해 이루어졌으므로 원문을 참조하시기 바랍니다.

출처:에너지 및 환경 과학