리튬이차전지의 에너지밀도를 향상하기 위해서는 고용량 전극 소재 또는 후막전극의 개발이 필수적이라고 할 수 있습니다. 후막전극의 경우, 다공성 복합체 전극 내부의 기공에 함침되어 있는 전해질 저항이 전기화학 성능을 크게 결정하며, 따라서 전극 두께에 따른 state-of-charge (SOC)의 불균일성이 전극 열화의 원인이라고 할 수 있습니다1. 따라서 후막전극의 성능을 개선하기 위해서는 전극 내부의 미세구조를 최적화하는 것이 필요합니다. 즉, 후막 전극 내부에서 리튬 이온이 원활하게 움직일 수 있도록 기공 구조를 조절함으로써 전해질 저항을 최적화하여 전극의 성능을 개선합니다.
본 연구는 에너지/환경 공정조합설계 연구단 2세부 (책임자 이규태 교수)에서 진행하는 상반전 (Phase inversion) 기반 후막 전극 제조 공정 기술 개발 연구로, Permselective membrane의 제작에 활용되는 용매/비용매/고분자 용액의 불안정성으로 인한 현상 (예를 들면 Spinodal decomposition)을 활용하여 전극의 미세 구조를 제어하는 연구를 진행합니다. 그리고 이러한 고성능 후막전극 공정기술 개발을 통해 고에너지 밀도 리튬 이온 전지를 구현하고자 합니다.
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H. Kim et al., Failure mode of thick cathodes for Li-ion batteries: Variation of state-of-charge along the electrode thickness direction, Electrochimica Acta, 2021, 137743 ↩