리튬 이차 전지용 실리콘 나노입자 음극의 고온 열안정성에 대한 Lithium bis(oxalato)borate첨가제의 효과
Effect of Lithium Bis(Oxalato)Borate Additive on Thermal Stability of Si Nanoparticle-based Anode
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초록
리튬2차전지용 음극활물질로 연구되고 있는 실리콘은 흑연에 비하여 높은 이론용량 (4200mAh/gfor Li4.4Si)을 가지기 때문에 고용량 음극소재로 각광받고 있다. 이러한 실리콘 음극은 반복적인 충방전에 의해 활물질 입자의 심각한 부피변화와 균열에 의한 새로운 표면이 전해액에 계속적으로 노출되는 문제로 인하여 두껍고 불안정한 피막생성을 유도한다. 불안정한 구조의 피막은 실리콘 음극의전기화학적 성능뿐만 아니라 고온 열안정성을 저해할 수 있기 때문에 본 연구에서는 실리콘의 열안정성 향상을 위해 전해액 첨가제를 도입하여 피막구조를 변경하고자 한다. 전해액 첨가제인 lithiumbis(oxalato)borate (LiBOB)가 실리콘 음극표면에 피막을 효과적으로 형성하였으며, 만충전 상태의 실리콘 음극의 60oC 저장시 용량유지 특성을 개선하였으며 고온에서의 열안정성 크게 향상시켰다.
Abstract
Silicon (Si) has been investigated as promising negative-electrode (anode) materialsbecause its theoretical specific capacity of 4200 mAh/g for Li4.4Si is far higher than that of carbonaceousanodes in current commercial products. However, in practice, the application of Si toLi-ion batteries is still quite challenging because Si suffers from severe volume expansion andcontraction and lead to a continuous solid electrolyte interphase (SEI)-filming process by crackingof Si. This process consumes the limited Li+ source, builds up thick and unstable SEI layer onthe Si active materials, and will eventually disable the cell. Since unstable SEI reduces electrochemicalperformance and thermal stability of the Si anode, the surface chemistry of the anodeshould be modified by using a functional additive. It is found that lithium bis(oxalato)borate(LiBOB) as an additive effectively protected the Si anode surface, improved capacity retentionwhen stored at 60oC, and alleviated exothermic thermal reactions of fully lithiated Si anode.
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