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한국전기화학회 한국전기화학회

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Vol.25, No.1, February 2022

Enhanced Performance of Li Metal Negative Electrode using Protection Film by Carbon Black and Polymeric Binder카본블랙과 고분자 바인더로 구성된 보호필름을 통한 리튬금속 음극의 성능개선
JKES Vol.25, No.1, pp.42-49, February 2022
DOI : 10.5229/JKES.2022.25.1.42
Seong Ho Noh1, Da Young Ryu1, Young Seok Jang1, and Ji Heon Ryu2*노성호1·류다영1·장영석1·류지헌2*
1Department of Chemical Engineering and Biotechnology, Korea Polytechnic University, 237 Sangidaehak-ro, Siheung-si, Gyeonggi-do, 15073, Korea 2Graduate School of Knowledge-Based Technology and Energy, Korea Polytechnic University, 237 Sangidaehak-ro, Siheung-si, Gyeonggi-do, 15073, Korea1한국산업기술대학교 생명화학공학과 2한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원
C. A. E-mail : ryujh@kpu.ac.kr

본 연구에서는 리튬금속 수지상의 형성을 효과적으로 억제하기 위해 리튬금속 표면에 물리적 보호막을 제공할 필름을 제조하였다. 필름은 기계적 강도가 우수하고 전기화학적 안정성이 높은 바인더인 유기물 polyvinylidene fluoride (PVDF)와 전기전도성이 우수한 무기물 입자인 카본블랙(Super-P)을 사용해 유무기 복합체 기반의 필름을 제조하고 리튬금속 음극의 표면에 적용하였다. 먼저 필름이 내부단락을 지연시키는 정도를 확인하기 위해 일정한 값의 전류를 계속 인가하며내부단락의 발생을 측정하였다. 그 결과 보호필름에 사용된 카본블랙 함량이 증가함에 따라 내부단락 시점이 지연되었으며, 필름을 사용하지 않은 리튬금속 전극과 비교할 때 내부단락 시점이크게 지연된 것을 확인하였다. 또한, 필름의 두께와 함량을 달리하여 전기화학적 성능을 평가한경우, 필름의 두께가 두꺼운 것이 사이클 성능이 좋지 않았고 카본블랙 함량이 늘어날수록 사이클 성능이 개선됨을 확인하였다. 이처럼 카본블랙을 포함한 고분자 필름을 리튬금속 표면에 적용함으로써 내부단락 시점이 지연되고 사이클이 진행되는 동안 낮은 과전압을 나타내는 것이 확인되었지만, 추가적인 개선을 통해 더 안정한 사이클 성능이 확보되어야 할 것이다.

Keyword : Lithium metal electrode, Negative electrode, Protection film, Carbon black, Secondary batteries

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