고체 전해질 계면(SEI)은 작동 중인 배터리에서 애노드와 전해질 사이에 형성되는 새로운 상을 설명하는 데 널리 사용됩니다. 고에너지 밀도 리튬(Li) 금속 배터리는 불균일한 SEI에 의해 유도되는 수지상 리튬 증착으로 인해 심각한 방해를 받습니다. 리튬 증착의 균일성을 개선하는 데 있어 고유한 장점이 있지만, 실제 응용 분야에서는 음이온 유래 SEI의 효과가 이상적이지 않습니다. 최근 칭화대학교 장창(Zhang Qiang) 연구팀은 음이온 수용체를 사용하여 전해질 구조를 조정하여 안정적인 음이온 유래 SEI를 구축하는 방안을 제안했습니다. 전자가 부족한 붕소 원자를 갖는 트리스(펜타플루오로페닐)보란 음이온 수용체(TPFPB)는 비스(플루오로설폰이미드) 음이온(FSI-)과 상호 작용하여 FSI-의 환원 안정성을 감소시킵니다. 또한, TFPPB가 존재하면 전해질 내 FSI-의 이온 클러스터(AGG) 유형이 변하여 FSI-가 더 많은 Li+와 상호 작용합니다. 따라서 FSI-의 분해가 촉진되어 Li2S가 생성되고, 음이온 유래 SEI의 안정성이 향상된다.
SEI는 전해질의 환원 분해 생성물로 구성됩니다. SEI의 조성과 구조는 주로 전해질의 구조, 즉 용매, 음이온 및 Li+ 간의 미세한 상호 작용에 의해 제어됩니다. 전해질의 구조는 용매 및 리튬 염의 종류뿐만 아니라 염의 농도에 따라서도 변합니다. 최근 고농도 전해질(HCE)과 국부 고농도 전해질(LHCE)은 안정적인 SEI를 형성하여 리튬 금속 애노드를 안정화하는 데 고유한 이점을 보여주었습니다. 용매 대 리튬 염의 몰비가 낮고(2 미만) 음이온이 Li+의 첫 번째 용매화 덮개에 도입되어 HCE 또는 LHCE에서 접촉 이온 쌍(CIP)과 응집(AGG)을 형성합니다. SEI의 조성은 이후 HCE 및 LHCE의 음이온에 의해 조절되며, 이를 음이온 유래 SEI라고 합니다. 리튬 금속 음극의 안정화에 있어 매력적인 성능을 보임에도 불구하고, 현재 음이온 기반 SEI는 실제 조건에서의 과제를 충족시키기에 부족합니다. 따라서 실제 조건에서의 과제를 극복하기 위해서는 음이온 기반 SEI의 안정성과 균일성을 더욱 향상시킬 필요가 있습니다.
CIP와 AGG 형태의 음이온은 음이온 유래 SEI의 주요 전구체입니다. 일반적으로 음이온의 전해질 구조는 Li+에 의해 간접적으로 조절되는데, 이는 용매 및 희석제 분자의 양전하가 약하게 국한되어 음이온과 직접 상호작용할 수 없기 때문입니다. 따라서 음이온과 직접 상호작용하여 음이온 전해질의 구조를 조절하는 새로운 전략이 매우 기대됩니다.
게시 시간: 2021년 11월 22일