Si(3)N(4)-코팅 유/무기 복합 분리막을 통한 리튬이온전지용 분리막의 제조 및 평가
Fabrication and Evaluation of Si(3)N(4)-coated Organic/inorganic Hybrid Separators for Lithium-ion Batteries
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초록
리튬 이차전지의 대표적인 분리막인 polyethylene(PE) 분리막은 열에 의한 수축 및 기계적 파열의 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 기존 PE 분리막을 개선하기 위해 Si3N4 코팅 분리막 (SCS, Silicon-nitride Coated Separator)을 제작하였다. Si3N4 코팅이 분리막의 열적/기계적 수치안정성, 이온전도도, 및 전지의 출력 특성에 미치는 영향을 알아보았다. Si3N4 분말을polyvinylidene fluoride(PVdF) 결착재를 이용하여 PE 분리막의 한 쪽 면에 10 μm 두께로 코팅하여 SCS를 제작하였다. SCS는 PE 분리막보다 100~150οC에서 우수한 열적안정성을 나타냈으며, 특히 150οC에서의 수축률은 10~20% 감소를 보였다. 또한, SCS의 인장강도는 PE 분리막에 비해 증가를 보였다. SCS는 PE 분리막에 비해 다소 낮은 이온 전도도를 보였지만,LiCoO2/Li 코인전지의 C-rate(0.2~3C) 특성 평가에서는 유사한 결과를 보였다.
Abstract
Polyethylene (PE) separator is the most popular separator for lithium-ion batteries. However,it suffers from thermal contraction and mechanical rupture. In order to improve the thermal/mechanical dimensional stabilities, this study investigated the effects of Si3N4 coating. SCS (Silicon-nitride Coated Separator) has been fabricated by applying 10 μm-thick Si3N4/PVdF coating on one side of PE separator. SCS exhibits enhanced thermal stability over 100~150οC: its thermal shrinkage is reduced by 10~20% compared with pristine PE separator. In addition, SCS shows higher tensile strength than PE separator. Employing SCS hardly affects the C-rate performance of LiCoO2/Li coin-cell, even though its ionic conductivity is somewhat lower than that of PE separator.
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