A New Solution-Processable LiI-Si4SnS4 Superionic Conductors for All-Solid-State Li-Ion Batteries

Abstract

흑연, LiCoO2의 리튬 이온 삽입/탈리 반응을 이용한 리튬이온전지가 처음 상용화 된 이래, 휴대용 전자기기 등 소형 전지에 대해서는 성공적으로 적용되었다. 최근에는 전기자동차, ESS(Energy Storage Device)등 대용량 전지 시스템에도 리튬이온전지를 사용하려는 노력이 계속되고 있다. 그러나 전지 시스템의 스케일이 커질수록, 휘발성과 인화성이 있는 유기 용매를 사용하는 리튬이온 전지의 특성 때문에 열적 안정성에 대한 문제가 대두되고 있다. 이에 비해 무기계 고체전해질은 인화성이 없어 이에 대한 대안으로 연구되고 있다. 액체전해질을 사용하는 일반 리튬이온전지의 경우, 액체전해질이 다공성의 전극 미세구조 안으로 잘 함침되어 이온전달 경로를 쉽게 형성할 수 있으나, 전고체전지의 경우, 고체전해질 입자는 물리적인 방법을 통해 활물질과의 접촉을 이루어야 한다.1 이 과정은 공정상 번거로울 뿐만 아니라 충분한 접촉면적을 이루는 데 한계가 있어 전고체 전지의 성능 저하의 원인이 된다. 본 연구에서는 이를 개선하기 위해 액상법을 통해 상온에서 4.1x10-4 S/cm의 높은 이온전도도를 가지는 고체전해질을 개발하고, 이를 통해 고체전해질이 코팅된 활물질을 수득했다.2 코팅을 통해 고체전해질 도입한 경우, 물리적인 혼합을 통한 경우보다 더 넓은 접촉면적을 얻을 수 있었고 이를 통해 전고체전지의 성능이 크게 향상되었다.