뉴카본

2023년 7월 18일 특집

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작성자: Ingrid Fadelli, Tech Xplore

고체 전극과 고체 전해질을 사용하는 배터리 기술인 전고체 배터리(ASSB)는 점점 더 많은 연구에서 초점이 되고 있습니다. 이는 주로 안전성과 전력 밀도 측면에서 액체 또는 폴리머 기반 전해질을 사용하는 배터리보다 훨씬 뛰어난 성능을 발휘할 수 있기 때문입니다.

ASSB의 가장 유망한 고체 재료 조합 ​​중 하나는 황화물 고체 전해질과 리튬(Li) 금속 양극입니다. 그러나 작동하는 동안 Li 금속 양극은 수상돌기의 성장과 계면 화학 반응으로 인해 급속히 용량을 잃고 제대로 작동하지 않을 수 있습니다.

Tianmu Lake Institute of Advanced Energy Storage Technologies, 중국 과학 아카데미 및 중국의 기타 연구소의 연구원들은 최근 ASSB의 성능을 개선하고 고장 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있는 새로운 Li-Si 양극을 만들었습니다. Nature Energy에 발표된 논문에 소개된 이러한 양극은 리튬 수지상 결정의 성장을 억제하여 장기적으로 배터리 사이클링을 안정화할 수 있습니다.

Wenlin Yan, Zhenliang Mu 및 동료들은 논문에서 "Li 금속 양극 또는 Si 양극을 사용하는 ASSB는 높은 에너지 밀도와 향상된 안전성을 달성할 수 있는 유망한 후보이지만 각각 바람직하지 않은 리튬 수지상 성장 또는 엄청난 부피 팽창으로 어려움을 겪고 있습니다."라고 썼습니다. .

"우리는 Si의 소결이 마이크로 미터 입자를 조밀한 연속체로 변환시키는 경질 탄소 안정화 Li-Si 합금 양극을 합성합니다. 소성 변형 가능한 Li가 풍부한 상(Li15Si4)으로 구성된 3D 이온 전자 전도성 네트워크 활성 영역을 확대하고 응력 집중을 완화시키는 LiC6)가 양극에서 생성되어 전극 동역학 및 기계적 안정성이 향상됩니다."

연구진은 Si 함유 필름과 Li 포일 사이의 간단한 프레스 유도 반응을 통해 양극을 만들었습니다. 그런 다음 일련의 시뮬레이션과 실험을 통해 성능을 테스트하고 두 개의 서로 다른 음극 중 하나와 Li6PS5Cl 기반 전해질을 사용하여 셀에 통합했습니다.

"경질 탄소로 안정화된 Li-Si 양극을 사용하면 LiCoO2 또는 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 음극과 Li6PS5Cl 전해질을 사용하는 전체 셀이 유리한 속도 성능과 주기 안정성을 달성합니다"라고 Yan, Mu 및 동료들은 썼습니다.

"특히, 5.86 mAh cm−2의 고부하에서 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2를 갖춘 ASSB는 1C(5.86 mA cm−2)에서 5,000 사이클을 제공하여 경질 탄소 안정화 Li-Si 사용 가능성을 보여줍니다. ASSB의 실제 적용을 위한 합금 양극."