구연산과 붕사를 첨가한 실리콘 음극 슬러리의 유변물성 및 배터리 전기화학적 특성 연구

[2025 카모페어]

본 연구에서는 차세대 리튬이온배터리 음극 소재로 주목받고 있는 실리콘 음극 슬러리의 유변물성과 전기화학적 특성을 분석하였다. 구연산과 붕사를 첨가하여 슬러리의 분산 안정성과 기계적 강도를 개선하고, 전극 제조 공정 에 적합한 최적의 유변 물성을 확보하는 것을 목표로 하였다. 구연산은 실리콘 입자 표면에 안정적인 Solid Electrolyte Interface(SEI) 층 을 형성하여 전극의 구조적 안정성을 높였지만, 과도한 첨가 시 슬러리의 점 도가 낮아지고 고속 충방전 성능을 저해하는 단점이 나타났다. 붕사-가교결 합 CMC 바인더는 높은 pH 환경에서 바인더의 기계적 강도를 강화하고 전 단 및 신장 유변물성을 효과적으로 개선하였다. 또한, 슬러리 제조 과정에서 혼합 순서는 중요한 변수로 확인되었다. 실리콘 입자와 용매를 사전 혼합하 여 균일한 분산을 유도한 뒤 바인더와 도전재를 추가하는 방식이 기존 방법 보다 더 균일한 슬러리를 형성하고 전극의 전기화학적 성능을 향상시키는 데 기여하였다. 특히, 신장 유변물성 실험에서는 붕사가 핀치-오프 시간을 증가시키고 브 리지 안정성을 높임으로써 고속 코팅 공정에서 전극 품질을 개선할 수 있음 을 보여주었다. 전기화학적 평가 결과, 붕사-가교결합 CMC 바인더를 활용 한 슬러리는 높은 C-rate 조건에서도 안정적인 충방전 성능을 유지하였다.

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