산업 뉴스

고용량 리튬 이온 배터리의 리튬 손실 방지

2021-08-03



출처: 한국과학기술연구원

 

국내 연구진이 고용량 배터리의 에너지 밀도를 극대화하는 처리 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구원 이지현 박사로 구성된 공동연구팀이 지속적으로 발생하는 문제를 간단하게 해결할 수 있는 기술 개발을 발표했다. 실리콘 기반의 양극(-) 물질을 사용합니다.

 

최근 4배 이상 저장할 수 있는 실리콘 음극재리튬흑연 음극재보다 이온리튬-ion batteries have gained growing attention due to their potential to improve the mileage of electric vehicles. But when charged in the initial cycle, a 배터리 with a silicon-based 양극 loses more than 20% of the 리튬 ions it uses for electricity storage, which results in an issue of reduced 배터리 capacity. To resolve this issue, researchers have studied a method of 리튬 pre-loading, or pre-lithiation, which is adding extra 리튬 before 배터리 assembly to compensate the 리튬 loss during 배터리 cycling. Methods applied so far, such as using 리튬 powder, have drawbacks including safety hazards and high cost.

  

Dr. Lee and Dr. Hong of KIST have developed a technology that enables the pre-loading of 리튬 ions using a 리튬-containing solution rather than 리튬 powder, preventing 리튬 loss in a silicon-based 양극. Submerging an electrode in the tailored solution for just five minutes is enough to achieve successful 리튬 pre-loading, by which electrons and 리튬 ions are inserted in the silicon-based 양극 through a spontaneous chemical reaction. Unlike the conventional method of adding 리튬 powder to an electrode leading to heterogeneous 리튬 distribution, the tailored prelithiation solution rapidly seeps into an electrode, ensuring homogeneous delivery of 리튬 into silicon oxide.

 

The prelithiated silicon-based 양극 developed by the research team loses less than 1% of active 리튬 in the first charge, yielding a high initial 배터리 efficiency of 99% or higher. A 배터리 manufactured with the prelithated 양극 exhibited an energy density 25% higher than that of a comparable 배터리 using a graphite 양극 available on the market (406 Wh/kg—504 Wh/kg).

 

연구를 이끈 이박사는 “최적의 분자구조 설계에 전산재료과학기술을 접목해 고용량 실리콘 기반의 효율을 높일 수 있었다.양극용액 온도와 반응 시간을 제어하는 ​​간단한 방법으로 비약적으로. 이 기술은 기존의 롤투롤 공정에 쉽게 적용할 수 있기 때문에배터리 manufacturing facilities, our method has potential to achieve a breakthrough in the implementation of silicon-based 양극s for practical batteries."

 

공동연구책임자인 홍 박사는 “KIST가 서로 다른 연구팀의 공동연구를 장려하기 때문에 이번 협업이 실현될 수 있었다”며 “이 사전석석화 기술은 전기차의 평균 주행거리를 ​​최소 100km 이상 늘릴 수 있다”고 말했다.