리튬이온 이차전지용 실리콘 일산화물 음극의 전기화학적 성능향상을 위한 전극설계 연구

[2025 카모페어]

휴대용 전자제품과 전기차 시장의 확대에 따라 최신 리튬이온배터리(LIB)에 대한 수요가 급증하고 있으며, 이로 인해 혁신적인 소재의 필요성도 커지고 있다. 흑연은 안정적인 사이클 성능과 경제적 효율성으로 인해 음극 소재로 널리 사용되고 있으나, 그 비용량은 372 mAh/g으로 제한된다. 이에 비해 실리콘 기반 소재는 높은 비용량, 풍부한 천연자원, 그리고 환경친화적 특성으로 인해 유망한 대안으로 떠오르고 있다. 특히, 탄소 코팅된 실리콘 일산화물(c-SiO)은 순수 실리콘에 비해 더 안정적인 사이클 특성으로 주목받고 있다. 실리콘 일산화물을 흑연 대신 음극재로 사용하면 더 얇은 전극을 만들 수 있어서 에너지 밀도를 높이고 전극의 분극을 감소시켜 더 높은 출력과 빠른 충전이 가능해진다. 그러나 실리콘 일산화물은 낮은 전기 전도도와 충방전 시 발생하는 큰 부피 변화로 인해 활물질 입자 분쇄, 지속적인 전해질 분해, 불균일한 SEI 층 형성 및 전자 전달 경로가 쉽게 끊어져 용량이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 탄소 코팅된 실리콘 일산화물(c-SiO) 음극의 수명을 향상시키기 위해 새로운 전극을 설계하여 부피 변화로 인한 용량 퇴화를 완화하고, 이를 통해 전지 성능을 향상시키는 기술을 연구하였다.

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