고성능, 고안전성 전고체전지를 위한 전도성 세라믹기반 복합 고체전해질 Conductive ceramic-based composite solid electrolyte for all-solid-state batteries with high performance and high safety.원문보기
최근 리튬이온전지(LIBs)는 소형 모바일, 전기차 및 에너지 저장장치(ESS) 등에 확대되고 있어 관심과 수요가 증가하고 있다. 중대형 리튬이온전지에는 많은 에너지가 저장되기 때문에 안정성 확보가 매우 중요하다. 현재 상용 리튬이온전지에 사용되고 있는 가연성 액체 전해질은 휘발성 및 인화성이 높아 전지의 화재나 폭발의 위험성을 가지고 있다. 따라서, 전지의 안전성을 확보하기 위해 고체 고분자전해질 또는 세라믹 고체 전해질과 같은 고체상의 전해질을 적용하면 전지의 안전성 문제를 근본적으로 해결할 수 있다. 그중 세라믹 고체 전해질은 발화되지 않는 특성이 있어 전지의 안전성을 확보할 수 있는 소재이다. 세라믹을 압축하여 ...
최근 리튬이온전지(LIBs)는 소형 모바일, 전기차 및 에너지 저장장치(ESS) 등에 확대되고 있어 관심과 수요가 증가하고 있다. 중대형 리튬이온전지에는 많은 에너지가 저장되기 때문에 안정성 확보가 매우 중요하다. 현재 상용 리튬이온전지에 사용되고 있는 가연성 액체 전해질은 휘발성 및 인화성이 높아 전지의 화재나 폭발의 위험성을 가지고 있다. 따라서, 전지의 안전성을 확보하기 위해 고체 고분자전해질 또는 세라믹 고체 전해질과 같은 고체상의 전해질을 적용하면 전지의 안전성 문제를 근본적으로 해결할 수 있다. 그중 세라믹 고체 전해질은 발화되지 않는 특성이 있어 전지의 안전성을 확보할 수 있는 소재이다. 세라믹을 압축하여 펠렛 형태로 제조한 세라믹 고체 전해질은 액체 전해질에 비해 전지 특성이 크게 떨어지는데 이는 grain boundary 저항이 크기 때문이다. grain boundary 저항을 줄이기 위해 높은 온도에서의 소결 과정이 필요하다. 이러한 펠렛 형태의 세라믹 고체 전해질은 전극과의 계면 저항이 크며 대면적화가 어려운 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 세라믹 고체 전해질의 문제점 개선 위해 리튬 이온을 전도할 수 있는 전도성 세라믹과 고분자를 복합하고 소량의 액체 전해질을 첨가하여 복합 고체 전해질(CSE)을 제조하였다. 나시콘(NASICON)계의 이온전도성 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP) 세라믹과 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF) 고분자로 사용하여 필름 형태로 제조하고소량의 카보네이트 액체 전해질을 첨가하여 복합 고체 전해질 표면과 전극 사이, 세라믹 입자들이 사이의 저항을 줄여준다. 복합 고체 전해질(CSE)은 상온에서 1.88x10-3 S cm-1의 높은 이온 전도도를 가지며 우수한 열적 안정성 및 전기화학적 안정성을 보였다. 리튬이온전지를 복합 고체 전해질과 LTO 음극, NCM111 양극으로 구성하여 제작하였다. 상용화된 PE separator과 비교했을 때 복합 고체 전해질(CSE)은 상온에서 초기 용량, 용량유지율 및 속도특성이 향상 되었으며, 80℃ 고온에서도 더 안정한 고온 수명 특성을 나타났다.
최근 리튬이온전지(LIBs)는 소형 모바일, 전기차 및 에너지 저장장치(ESS) 등에 확대되고 있어 관심과 수요가 증가하고 있다. 중대형 리튬이온전지에는 많은 에너지가 저장되기 때문에 안정성 확보가 매우 중요하다. 현재 상용 리튬이온전지에 사용되고 있는 가연성 액체 전해질은 휘발성 및 인화성이 높아 전지의 화재나 폭발의 위험성을 가지고 있다. 따라서, 전지의 안전성을 확보하기 위해 고체 고분자전해질 또는 세라믹 고체 전해질과 같은 고체상의 전해질을 적용하면 전지의 안전성 문제를 근본적으로 해결할 수 있다. 그중 세라믹 고체 전해질은 발화되지 않는 특성이 있어 전지의 안전성을 확보할 수 있는 소재이다. 세라믹을 압축하여 펠렛 형태로 제조한 세라믹 고체 전해질은 액체 전해질에 비해 전지 특성이 크게 떨어지는데 이는 grain boundary 저항이 크기 때문이다. grain boundary 저항을 줄이기 위해 높은 온도에서의 소결 과정이 필요하다. 이러한 펠렛 형태의 세라믹 고체 전해질은 전극과의 계면 저항이 크며 대면적화가 어려운 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 세라믹 고체 전해질의 문제점 개선 위해 리튬 이온을 전도할 수 있는 전도성 세라믹과 고분자를 복합하고 소량의 액체 전해질을 첨가하여 복합 고체 전해질(CSE)을 제조하였다. 나시콘(NASICON)계의 이온전도성 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP) 세라믹과 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF) 고분자로 사용하여 필름 형태로 제조하고소량의 카보네이트 액체 전해질을 첨가하여 복합 고체 전해질 표면과 전극 사이, 세라믹 입자들이 사이의 저항을 줄여준다. 복합 고체 전해질(CSE)은 상온에서 1.88x10-3 S cm-1의 높은 이온 전도도를 가지며 우수한 열적 안정성 및 전기화학적 안정성을 보였다. 리튬이온전지를 복합 고체 전해질과 LTO 음극, NCM111 양극으로 구성하여 제작하였다. 상용화된 PE separator과 비교했을 때 복합 고체 전해질(CSE)은 상온에서 초기 용량, 용량유지율 및 속도특성이 향상 되었으며, 80℃ 고온에서도 더 안정한 고온 수명 특성을 나타났다.
Recently, lithium-ion batteries (LIBs) are expanding from portable electronics devices to hybrid electric vehicles (HEVs) and electric vehicles (EVs) which demand high energy density and safety. Since a lot of energy is stored in mid- to large-sized lithium-ion batteries, it is critical to maintain ...
Recently, lithium-ion batteries (LIBs) are expanding from portable electronics devices to hybrid electric vehicles (HEVs) and electric vehicles (EVs) which demand high energy density and safety. Since a lot of energy is stored in mid- to large-sized lithium-ion batteries, it is critical to maintain stability and safety of LIBs. The combustible liquid electrolytes currently used in commercial lithium-ion batteries have high volatility and flammability, which poses a risk of battery fire or explosion. Therefore, if a solid electrolyte such as a solid polymer electrolyte or a ceramic solid electrolyte is applied to ensure battery safety, the battery safety problem can be fundamentally solved. Among them, ceramic solid electrolyte is a material that can secure battery safety because it has a non-igniting property. Ceramic solid electrolytes prepared in the form of pellets by compressing ceramics have significantly poor cell characteristics than liquid electrolytes because of their high grain boundary resistance. In order to reduce the grain boundary resistance, a sintering process at a high temperature is necessary. Such a ceramic solid electrolyte in the form of pellets has a disadvantage that the interfacial resistance with the electrode is large and it is difficult to increase the area. In this study, a composite solid electrolyte (CSE) is prepared by compounding a conductive ceramic capable of conducting lithium ions and a polymer and a small amount of liquid electrolyte to improve the problems of the ceramic solid electrolyte. Composite solid electrolyte is manufactured in the form of a film using a NASICON-based ion conductive Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP) ceramic and polyvinylidene fluoride (PVDF) polymer, and a small amount of carbonate liquid electrolyte is added to reduce the resistance between the surface of the composite solid electrolyte and the electrode and between the ceramic particles. The composite solid electrolyte (CSE) exhibits a high ionic conductivity of 1.88 × 10-3 S cm-1 at room temperature and demonstrates excellent thermal and electrochemical stability. Lithium ion batteries are fabricated by composing composite solid electrolyte, LTO as negative electrode, and NCM622 as positive electrode. Compared with the commercialized polyethylene (PE) separator, the composite solid electrolyte (CSE) has improved initial capacity, capacity retention and rate characteristics of LIBs at room temperature, and also exhibited more stable high-temperature lifespan characteristics even at a high temperature of 80℃. This study suggests a promising way for designing high-performance and high-safety lithium-ion batteries.
Recently, lithium-ion batteries (LIBs) are expanding from portable electronics devices to hybrid electric vehicles (HEVs) and electric vehicles (EVs) which demand high energy density and safety. Since a lot of energy is stored in mid- to large-sized lithium-ion batteries, it is critical to maintain stability and safety of LIBs. The combustible liquid electrolytes currently used in commercial lithium-ion batteries have high volatility and flammability, which poses a risk of battery fire or explosion. Therefore, if a solid electrolyte such as a solid polymer electrolyte or a ceramic solid electrolyte is applied to ensure battery safety, the battery safety problem can be fundamentally solved. Among them, ceramic solid electrolyte is a material that can secure battery safety because it has a non-igniting property. Ceramic solid electrolytes prepared in the form of pellets by compressing ceramics have significantly poor cell characteristics than liquid electrolytes because of their high grain boundary resistance. In order to reduce the grain boundary resistance, a sintering process at a high temperature is necessary. Such a ceramic solid electrolyte in the form of pellets has a disadvantage that the interfacial resistance with the electrode is large and it is difficult to increase the area. In this study, a composite solid electrolyte (CSE) is prepared by compounding a conductive ceramic capable of conducting lithium ions and a polymer and a small amount of liquid electrolyte to improve the problems of the ceramic solid electrolyte. Composite solid electrolyte is manufactured in the form of a film using a NASICON-based ion conductive Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP) ceramic and polyvinylidene fluoride (PVDF) polymer, and a small amount of carbonate liquid electrolyte is added to reduce the resistance between the surface of the composite solid electrolyte and the electrode and between the ceramic particles. The composite solid electrolyte (CSE) exhibits a high ionic conductivity of 1.88 × 10-3 S cm-1 at room temperature and demonstrates excellent thermal and electrochemical stability. Lithium ion batteries are fabricated by composing composite solid electrolyte, LTO as negative electrode, and NCM622 as positive electrode. Compared with the commercialized polyethylene (PE) separator, the composite solid electrolyte (CSE) has improved initial capacity, capacity retention and rate characteristics of LIBs at room temperature, and also exhibited more stable high-temperature lifespan characteristics even at a high temperature of 80℃. This study suggests a promising way for designing high-performance and high-safety lithium-ion batteries.
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