Bendable and Thin Sulfide Solid Electrolyte Film Enables Free-Standing and Stackable High-Energy All-Solid-State Lithium-Ion Batteries

Abstract

최근 에너지 저장장치에 대한 수요가 과거와 달리 휴대폰, 노트북등의 소형기기 뿐만 아니라, 전력저장장치(ESS), 전기자동차(EV)등의 대용량 에너지저장 분야까지 확대되고 있는 추세이다. 하지만, 최근에 발생한 ‘Tesla’사의 전기자동차 폭발 사고에서 알 수 있듯이, 상용 리튬이온전지의 심각한 안전성 문제로 인해, 이를 획기적으로 개선시킬 수 있는 차세대 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중, 무기계 고체전해질을 이용한 전고체전지는 유망한 대안으로 큰 주목을 받고 있다. 특히, ‘Li2S- (GeS2)-P2S5‘로 대표되는 황화물계 고체전해질은 높은 이온전도도와 무른 특성을 가져, 입자들을 이용한 프로세싱 후 냉간압축 공정으로 제조되는 벌크형 전고체전지를 구현할 수 있는 핵심 소재로 부상하고 있다.1 벌크형 전고체전지는 이러한 양산성 및 에너지밀도 측면에서 기존의 액체전해질 기반의 리튬이온전지와 경쟁할 수 있는 후보로 여겨지고 있다. 하지만, 벌크형 전고체전지의 상용화를 위해서는 여러 문제점에 대한 해결책이 필요하다. 특히, 무기 소재 가 갖는 기계적인 물성의 한계로, 충분히 얇은 고체전해질 층을 구현하기 쉽지 않은 어려움이 있다. 본 발표에서는 황화물계 고체전해질과 기계적/열적 특성이 우수한 부직포와의 복합화를 통해, 얇고 구부림 특성을 갖는 고체전해질 필름에 대해 보고할 것이다.2 또한, 이를 이용한 높은 에너지밀도와 율속특성을 갖는 free-standing 전고체전지에 대해 논의될 것이다.