[학위논문]고용량 장수명 특성을 지닌 전고체전지용 유무기 하이브리드 고체전해질에 대한 연구 A Study on the Composite Solid Electrolyte for Solid State Battery with High Capacity and Long Life Characteristics원문보기
본 연구에서는 PVdF-HFP, Al2O3, Ethylene carbonate를 복합화한 전고체전지용 유무기 고체전해질을 제조하였다. Ethylene carbonate의 함량이 300%, Al2O3의 함량이 15%일 때 60 ℃에서 이온전도도가 2.60 mS/cm-1 이상인 고체전해질 시트를 최적화하여 제조할 수 있었다. 제조된 고체전해질 시트는 5V 이상의 전기화학적 안정성을 가지며, 리튬이온전달수가 0.54로 우수함을 확인하였다. 최적 조성의 유무기 고체전해질의 두께를 30, 60, 90, 120μm로 제조하여 두께에 따른 특성을 확인하였다. 유무기 하이브리드 고체전해질의 두께가 증가함에 따라 ...
본 연구에서는 PVdF-HFP, Al2O3, Ethylene carbonate를 복합화한 전고체전지용 유무기 고체전해질을 제조하였다. Ethylene carbonate의 함량이 300%, Al2O3의 함량이 15%일 때 60 ℃에서 이온전도도가 2.60 mS/cm-1 이상인 고체전해질 시트를 최적화하여 제조할 수 있었다. 제조된 고체전해질 시트는 5V 이상의 전기화학적 안정성을 가지며, 리튬이온전달수가 0.54로 우수함을 확인하였다. 최적 조성의 유무기 고체전해질의 두께를 30, 60, 90, 120μm로 제조하여 두께에 따른 특성을 확인하였다. 유무기 하이브리드 고체전해질의 두께가 증가함에 따라 전해액의 보유량이 증가하고 이에 따라 고체전해질의 이온전도도가 향상되었다. 양극으로 NCM622, 음극으로 graphite 활물질을 사용한 코인 셀에서 유무기 하이브리드 고체전해질을 적용한 전고체전지의 성능을 평가하였다. 이때, 유무기 하이브리드 고체전해질 슬러리를 양극과 음극 위에 각각 캐스팅하여 조립함으로써 일체형 풀셀을 제작하였다. 60℃에서 충‧방전 실험 결과 30μm이상 두께에서는 0.5C 전류밀도에서 두께에 관계없이 설계용량의 80% 이상을 구현하였다. 1.0C 이상의 전류밀도에서는 고체전해질의 두께가 증가할수록 전고체전지의 방전용량 및 수명특성이 더 우수하였다. 또한 90μm 두께의 유무기 하이브리드 고체전해질을 1Ah급 파우치형 전고체전지에 적용하여 성능을 평가하였다. 0.5C 충전, 1.0C 방전에서 300회에 용량 유지율 80% 이상으로 우수한 수명특성을 나타내었다.
본 연구에서는 PVdF-HFP, Al2O3, Ethylene carbonate를 복합화한 전고체전지용 유무기 고체전해질을 제조하였다. Ethylene carbonate의 함량이 300%, Al2O3의 함량이 15%일 때 60 ℃에서 이온전도도가 2.60 mS/cm-1 이상인 고체전해질 시트를 최적화하여 제조할 수 있었다. 제조된 고체전해질 시트는 5V 이상의 전기화학적 안정성을 가지며, 리튬이온전달수가 0.54로 우수함을 확인하였다. 최적 조성의 유무기 고체전해질의 두께를 30, 60, 90, 120μm로 제조하여 두께에 따른 특성을 확인하였다. 유무기 하이브리드 고체전해질의 두께가 증가함에 따라 전해액의 보유량이 증가하고 이에 따라 고체전해질의 이온전도도가 향상되었다. 양극으로 NCM622, 음극으로 graphite 활물질을 사용한 코인 셀에서 유무기 하이브리드 고체전해질을 적용한 전고체전지의 성능을 평가하였다. 이때, 유무기 하이브리드 고체전해질 슬러리를 양극과 음극 위에 각각 캐스팅하여 조립함으로써 일체형 풀셀을 제작하였다. 60℃에서 충‧방전 실험 결과 30μm이상 두께에서는 0.5C 전류밀도에서 두께에 관계없이 설계용량의 80% 이상을 구현하였다. 1.0C 이상의 전류밀도에서는 고체전해질의 두께가 증가할수록 전고체전지의 방전용량 및 수명특성이 더 우수하였다. 또한 90μm 두께의 유무기 하이브리드 고체전해질을 1Ah급 파우치형 전고체전지에 적용하여 성능을 평가하였다. 0.5C 충전, 1.0C 방전에서 300회에 용량 유지율 80% 이상으로 우수한 수명특성을 나타내었다.
This research manufactures an organic/inorganic solid electrolyte for solid state batteries compounding PVdF-HFP, Al2O3, and ethylene carbonate. As ethylene carbonate was 300% and Al2O3 was 15%, a solid electrolyte sheet having an ion conductivity of 2.60 mS/cm-1 or more could be optimized and manuf...
This research manufactures an organic/inorganic solid electrolyte for solid state batteries compounding PVdF-HFP, Al2O3, and ethylene carbonate. As ethylene carbonate was 300% and Al2O3 was 15%, a solid electrolyte sheet having an ion conductivity of 2.60 mS/cm-1 or more could be optimized and manufactured at a temperature of 60°C. It was confirmed that the manufactured solid electrolyte sheet had electrochemical stability of 5 V or more and excellent lithium ion transfer number of 0.54. The thickness of organic-inorganic solid electrolytes with an optimal composition was manufactured to be 30, 60, 90, and 120 μm, and characteristics according to the thickness were confirmed. As the thickness of the organic-inorganic hybrid solid electrolyte is increased, the retention amount of the electrolyte is increased, and thus the ion conductivity of the solid electrolyte is improved. The performance of a solid state battery to which an organic-inorganic hybrid solid electrolyte was applied was evaluated in a coin cell using a graphite active material as a cathode NCM622 and a graphite active material as an anode. At this time, an integrated full cell was manufactured by casting and assembling organic-inorganic hybrid solid electrolyte slurry on the anode and the cathode, respectively. According to the charging/discharging experiment at 60°C, more than 80% of the design capacity was realized at a current density of 0.5C when the thickness was 30 μm or higher. At a current density above 1.0C, the higher the thickness of the solid electrolyte, the better the discharge capacity and life characteristics of the solid state battery. In addition, a 90 μm thick organic-inorganic hybrid solid electrolyte was applied to a 1 Ah pouch type solid state battery to evaluate its performance. It showed excellent life characteristics with a capacity retention rate of 80% or more at 300 times in 0.5C charging and 1.0C discharging.
This research manufactures an organic/inorganic solid electrolyte for solid state batteries compounding PVdF-HFP, Al2O3, and ethylene carbonate. As ethylene carbonate was 300% and Al2O3 was 15%, a solid electrolyte sheet having an ion conductivity of 2.60 mS/cm-1 or more could be optimized and manufactured at a temperature of 60°C. It was confirmed that the manufactured solid electrolyte sheet had electrochemical stability of 5 V or more and excellent lithium ion transfer number of 0.54. The thickness of organic-inorganic solid electrolytes with an optimal composition was manufactured to be 30, 60, 90, and 120 μm, and characteristics according to the thickness were confirmed. As the thickness of the organic-inorganic hybrid solid electrolyte is increased, the retention amount of the electrolyte is increased, and thus the ion conductivity of the solid electrolyte is improved. The performance of a solid state battery to which an organic-inorganic hybrid solid electrolyte was applied was evaluated in a coin cell using a graphite active material as a cathode NCM622 and a graphite active material as an anode. At this time, an integrated full cell was manufactured by casting and assembling organic-inorganic hybrid solid electrolyte slurry on the anode and the cathode, respectively. According to the charging/discharging experiment at 60°C, more than 80% of the design capacity was realized at a current density of 0.5C when the thickness was 30 μm or higher. At a current density above 1.0C, the higher the thickness of the solid electrolyte, the better the discharge capacity and life characteristics of the solid state battery. In addition, a 90 μm thick organic-inorganic hybrid solid electrolyte was applied to a 1 Ah pouch type solid state battery to evaluate its performance. It showed excellent life characteristics with a capacity retention rate of 80% or more at 300 times in 0.5C charging and 1.0C discharging.
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