고체 전해질 계면(SEI)은 작동 중인 배터리에서 양극과 전해질 사이에 형성되는 새로운 상을 설명하는 데 널리 사용되는 용어입니다. 고에너지 밀도 리튬(Li) 금속 배터리는 불균일한 SEI에 의해 유도되는 수지상 리튬 석출로 인해 심각한 성능 저하를 겪습니다. 음이온 유래 SEI는 리튬 석출 균일성을 향상시키는 데 고유한 장점이 있지만, 실제 적용에서는 이상적인 효과를 나타내지 못합니다. 최근 칭화대학교의 장창(Zhang Qiang) 연구팀은 음이온 수용체를 사용하여 전해질 구조를 조절함으로써 안정적인 음이온 유래 SEI를 형성하는 방법을 제안했습니다. 전자 결핍 붕소 원자를 가진 트리스(펜타플루오로페닐)보란 음이온 수용체(TPFPB)는 비스(플루오로술폰이미드) 음이온(FSI-)과 상호작용하여 FSI-의 환원 안정성을 감소시킵니다. 또한, TPFPB가 존재할 경우 전해질 내 FSI-의 이온 클러스터(AGG) 유형이 변화하고 FSI-가 더 많은 Li+와 상호작용하게 됩니다. 따라서 FSI-의 분해가 촉진되어 Li2S가 생성되고, 음이온 유래 SEI의 안정성이 향상됩니다.
SEI는 전해질의 환원 분해 생성물로 구성됩니다. SEI의 조성과 구조는 주로 전해질의 구조, 즉 용매, 음이온, Li+ 이온 간의 미시적 상호작용에 의해 결정됩니다. 전해질의 구조는 용매와 리튬염의 종류뿐만 아니라 염의 농도에 따라서도 변화합니다. 최근 고농도 전해질(HCE)과 국소 고농도 전해질(LHCE)은 안정적인 SEI를 형성하여 리튬 금속 양극을 안정화하는 데 탁월한 효과를 보여주고 있습니다. 용매와 리튬염의 몰비가 낮고(2 미만), 음이온이 Li+ 이온의 첫 번째 용매화층에 도입되어 HCE 또는 LHCE에서 접촉 이온쌍(CIP)과 응집체(AGG)를 형성합니다. HCE와 LHCE에서는 음이온이 SEI의 조성을 조절하는데, 이를 음이온 유도 SEI라고 합니다. 리튬 금속 양극 안정화에 있어 매력적인 성능을 보임에도 불구하고, 현재의 음이온 유래 SEI는 실제 환경의 요구 사항을 충족하기에는 불충분합니다. 따라서 실제 조건에서의 문제점을 극복하기 위해서는 음이온 유래 SEI의 안정성과 균일성을 더욱 향상시킬 필요가 있습니다.
CIP 및 AGG 형태의 음이온은 음이온 유래 SEI의 주요 전구체입니다. 일반적으로 음이온 전해질의 구조는 Li+에 의해 간접적으로 조절되는데, 이는 용매 및 희석제 분자의 양전하가 약하게 국소화되어 음이온과 직접 상호작용할 수 없기 때문입니다. 따라서 음이온과 직접 상호작용하여 음이온 전해질의 구조를 조절하는 새로운 전략이 매우 기대됩니다.
게시 시간: 2021년 11월 22일