LMB - 편집 역사

21che14: /* 방법 3. 전해질 변화 */

2021-12-14T12:56:09Z

‎방법 3. 전해질 변화

21che14: /* 폴리머 전해질 */

2021-12-14T12:55:15Z

‎폴리머 전해질

21che14: /* 고체 전해질막 및 이를 포함하는 전고체 전지 */

2021-12-14T12:54:55Z

‎고체 전해질막 및 이를 포함하는 전고체 전지

21che14: /* 리튬 금속 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬 금속 */

2021-12-14T12:54:43Z

‎리튬 금속 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬 금속

21che14: /* 금속 기반 배터리의 덴드라이트 억제 전해질 */

2021-12-14T12:54:30Z

‎금속 기반 배터리의 덴드라이트 억제 전해질

21che14: /* 보호막의 소재 선택 */

2021-12-14T12:54:04Z

‎보호막의 소재 선택

21che14: /* 전극의 시드 디자인 */

2021-12-14T12:53:51Z

‎전극의 시드 디자인

21che14: /* 전해질 디자인 */

2021-12-14T12:53:40Z

‎전해질 디자인

21che14: /* 방법 4. self-healing electrostatic shield mechanism (SHES mechanism) */

2021-12-14T12:29:38Z

‎방법 4. self-healing electrostatic shield mechanism (SHES mechanism)

21che14: /* 방법 2. 마이크로 패터닝 [27] */

2021-12-14T12:28:34Z

‎방법 2. 마이크로 패터닝 [27]

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	*먼저, DME에서 두 개의 산소가 리간드로 작용하여 킬레이트 효과로 인해 리튬 이온과 DME의 배위결합을 통하여 보다 안정한 구조를 이룬다. 이는 LiFSI에 대한 용해도가 증가하는 것으로, FSI 음이온이 많이 생성된다. 또한, 용매에 DX를 첨가하였을 때 전해질의 electrochemical window가 증가하는 것을 그래프를 통해 확인할 수 있었다. 증가된 electrochemical window는 용매와 리튬 금속 간의 반응성이 낮아지게 되는 것을 의미하며, 많이 생성된 FSI 음이온이 리튬 금속과 반응하여 LiF가 풍부한 SEI층이 생성된다. LiF가 풍부한 SEI층은 표면 확산 장벽에너지가 낮아 리튬 이온이 원활하게 확산되어 평평한 리튬 이온이 증착되는 것이라고 판단하였다.		*먼저, DME에서 두 개의 산소가 리간드로 작용하여 킬레이트 효과로 인해 리튬 이온과 DME의 배위결합을 통하여 보다 안정한 구조를 이룬다. 이는 LiFSI에 대한 용해도가 증가하는 것으로, FSI 음이온이 많이 생성된다. 또한, 용매에 DX를 첨가하였을 때 전해질의 electrochemical window가 증가하는 것을 그래프를 통해 확인할 수 있었다. 증가된 electrochemical window는 용매와 리튬 금속 간의 반응성이 낮아지게 되는 것을 의미하며, 많이 생성된 FSI 음이온이 리튬 금속과 반응하여 LiF가 풍부한 SEI층이 생성된다. LiF가 풍부한 SEI층은 표면 확산 장벽에너지가 낮아 리튬 이온이 원활하게 확산되어 평평한 리튬 이온이 증착되는 것이라고 판단하였다.

−	지금까지 인공적인 보호막을 만드는 방법, 리튬 금속을 패터닝함으로써 리튬의 증착을 집중시키는 방법, 전해질의 변화를 통해 균일한 리튬 증착을 유도시키는 방법 총 3가지를 살펴보았다. 이후부터는 심도 깊은 리뷰를 위해 전해질 분야 중 첨가제 파트에 집중해보기로 하였다. 리튬메탈배터리의 안정성 보완하기 위한 염, 용매 변화 등 효과적인 솔루션들이 개발되었지만, 여전히 첨가제와 리튬염은 끊임없이 소모되고, SEI층 구조와 구성은 불가피하게 변화를 겪는다. 따라서 첨가제의 소모없이 쉴드를 만들어 리튬의 증착을 막는 SHES 메커니즘과 인공적으로 SEI층을 만들어 구조의 부피변화를 최소화할 수 있는 rich LiF layer 방법을 선택하여 덴드라이트를 억제시키는 논문 리뷰를 진행했다.

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		+	-지금까지 인공적인 보호막을 만드는 방법, 리튬 금속을 패터닝함으로써 리튬의 증착을 집중시키는 방법, 전해질의 변화를 통해 균일한 리튬 증착을 유도시키는 방법 총 3가지를 살펴보았다. 이후부터는 심도 깊은 리뷰를 위해 전해질 분야 중 첨가제 파트에 집중해보기로 하였다. 리튬메탈배터리의 안정성 보완하기 위한 염, 용매 변화 등 효과적인 솔루션들이 개발되었지만, 여전히 첨가제와 리튬염은 끊임없이 소모되고, SEI층 구조와 구성은 불가피하게 변화를 겪는다. 따라서 첨가제의 소모없이 쉴드를 만들어 리튬의 증착을 막는 SHES 메커니즘과 인공적으로 SEI층을 만들어 구조의 부피변화를 최소화할 수 있는 rich LiF layer 방법을 선택하여 덴드라이트를 억제시키는 논문 리뷰를 진행했다.

	====방법 4. Self-healing electrostatic shield mechanism (SHES mechanism)====		====방법 4. Self-healing electrostatic shield mechanism (SHES mechanism)====

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 ====폴리머 전해질====
- 본 특허는 폴리머 전해질을 첨가하여 리튬 덴드라이트 성장을 억제하고 저온 혹은 고온에서 방전되는 특성을 보완하기 위한 전지 제공에 목적을 둔다. 폴리머 전해질은 폴리머 겔을 포함하는 전해질로, 상기 폴리머 겔은 공중합성 비닐기, (폴리)옥시에틸렌기, 글리시딜에테르 화합물 등을 포함하고 있다.
+본 특허는 폴리머 전해질을 첨가하여 리튬 덴드라이트 성장을 억제하고 저온 혹은 고온에서 방전되는 특성을 보완하기 위한 전지 제공에 목적을 둔다. 폴리머 전해질은 폴리머 겔을 포함하는 전해질로, 상기 폴리머 겔은 공중합성 비닐기, (폴리)옥시에틸렌기, 글리시딜에테르 화합물 등을 포함하고 있다.
- 폴리머 전해질 속에 적당한 전해액이 포함되어 있기 때문에 리튬 이온의 이동에 방해가 되지 않으며, 폴리머 chain이 anode의 리튬 금속 표면을 도포하면서 리튬을 균일하게 석출시키기 때문에 리튬 덴드라이트 형성이 최소화된다. Seed가 형성되면 전해질의 폴리머 네트워크에 의해 생성이 억제된다.[20]
+폴리머 전해질 속에 적당한 전해액이 포함되어 있기 때문에 리튬 이온의 이동에 방해가 되지 않으며, 폴리머 chain이 anode의 리튬 금속 표면을 도포하면서 리튬을 균일하게 석출시키기 때문에 리튬 덴드라이트 형성이 최소화된다. Seed가 형성되면 전해질의 폴리머 네트워크에 의해 생성이 억제된다.[20]
 ====특허 전략====

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 ====고체 전해질막 및 이를 포함하는 전고체 전지====
- 본 특허는 고체 전해질막 내에 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하는 chloride, cyanide, hydroxide 등 억제물질을 위치시킨다. 이 물질은 리튬보다 반응성이 낮아 이온화 경향이 낮으므로 억제물질에 의해서 리튬 이온이 환원되어 금속으로 석출되는 것을 막을 수 있다. 더불어 석출된 금속 리튬을 다시 이온으로 산화시켜 리튬 덴드라이트의 저감이 가능하다.
+본 특허는 고체 전해질막 내에 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하는 chloride, cyanide, hydroxide 등 억제물질을 위치시킨다. 이 물질은 리튬보다 반응성이 낮아 이온화 경향이 낮으므로 억제물질에 의해서 리튬 이온이 환원되어 금속으로 석출되는 것을 막을 수 있다. 더불어 석출된 금속 리튬을 다시 이온으로 산화시켜 리튬 덴드라이트의 저감이 가능하다.
- 또한, 필러 입자와 고분자 전해질 재료가 혼합된 고체 전해질막을 사용할 수 있는데, 필러 입자는 고분자 전해질 재료가 분포된 위치로 덴드라이트의 성장 방향을 안내하는 역할을 한다. 고분자 전해질 재료에 비해 필러 입자의 강도가 높기 때문에, 리튬 덴드라이트는 강도가 높은 필러 입자보다 고분자 전해질 재료가 배치된 방향으로 성장하게 된다. 또한. 사용되는 고분자 전해질 재료는 덴드라이트 성장 억제 물질을 포함하므로 더욱 효과적인 덴드라이트의 저감이 가능하다. 위와 같은 방법을 통해 리튬의 덴드라이트 성장이 억제되거나 지연되는 효과를 가질 수 있고, 덴드라이트 성장에 따른 전기적 단락의 효과적인 방지가 가능하다.[19]
+또한, 필러 입자와 고분자 전해질 재료가 혼합된 고체 전해질막을 사용할 수 있는데, 필러 입자는 고분자 전해질 재료가 분포된 위치로 덴드라이트의 성장 방향을 안내하는 역할을 한다. 고분자 전해질 재료에 비해 필러 입자의 강도가 높기 때문에, 리튬 덴드라이트는 강도가 높은 필러 입자보다 고분자 전해질 재료가 배치된 방향으로 성장하게 된다. 또한. 사용되는 고분자 전해질 재료는 덴드라이트 성장 억제 물질을 포함하므로 더욱 효과적인 덴드라이트의 저감이 가능하다. 위와 같은 방법을 통해 리튬의 덴드라이트 성장이 억제되거나 지연되는 효과를 가질 수 있고, 덴드라이트 성장에 따른 전기적 단락의 효과적인 방지가 가능하다.[19]
 ====폴리머 전해질====

@@ 100번째 줄: / 100번째 줄: @@
 ====리튬 금속 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬 금속====
- 본 특허는 전이금속 또는 전이금속염을 첨가제로 포함하는 리튬 금속 전지용 전해질을 이용하여 리튬 금속의 안정성을 향상시킨다. 리튬 금속의 안정성이 향상되면 전극 표면에서의 리튬 덴드라이트의 성장이 억제되어 LMB의 전기화학적 특성, 안정성을 개선시켜 전지의 용량과 수명을 향상시키는 효과를 나타낸다. 이때, 망간, 금, 코발트, 니켈, 아연, 은 및 백금으로 이루어진 군으로부터 하나 이상의 전이금속이 10~2000 ppm 함유된 전이금속 혹은 전이금속염을 첨가제로 사용하며, 리튬 금속 전지용 전해질의 중량을 기준으로 0.05~2 wt%를 첨가제로 첨가한다.[18]
+본 특허는 전이금속 또는 전이금속염을 첨가제로 포함하는 리튬 금속 전지용 전해질을 이용하여 리튬 금속의 안정성을 향상시킨다. 리튬 금속의 안정성이 향상되면 전극 표면에서의 리튬 덴드라이트의 성장이 억제되어 LMB의 전기화학적 특성, 안정성을 개선시켜 전지의 용량과 수명을 향상시키는 효과를 나타낸다. 이때, 망간, 금, 코발트, 니켈, 아연, 은 및 백금으로 이루어진 군으로부터 하나 이상의 전이금속이 10~2000 ppm 함유된 전이금속 혹은 전이금속염을 첨가제로 사용하며, 리튬 금속 전지용 전해질의 중량을 기준으로 0.05~2 wt%를 첨가제로 첨가한다.[18]
 ====고체 전해질막 및 이를 포함하는 전고체 전지====

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 ====금속 기반 배터리의 덴드라이트 억제 전해질====
- 본 특허는 전해질에 비프로톤성 용매를 사용하며 단일 할로겐 함유 물질로 금속 할라이드염을 포함한다. 금속 할라이드염을 사용하게 되면, 금속-기반 배터리의 사이클링 능력이 향상된다. 또한 사이클링 능력 향상을 위해 추가로 단일 할로겐 함유 물질 첨가제와 나노 다공성 고체(알루미나-PVDF 멤브레인)를 포함한다. 본 특허를 따라 우수하게 형성된 염-풍부 SEI(Solid Electrolyte Interphase)층은 금속 이온 이동 속도를 조절하고, anode 금속 표면의 금속 이온 플럭스 분포를 조절하여 안정하고 균일하게 증착을 유도할 수 있다.
+본 특허는 전해질에 비프로톤성 용매를 사용하며 단일 할로겐 함유 물질로 금속 할라이드염을 포함한다. 금속 할라이드염을 사용하게 되면, 금속-기반 배터리의 사이클링 능력이 향상된다. 또한 사이클링 능력 향상을 위해 추가로 단일 할로겐 함유 물질 첨가제와 나노 다공성 고체(알루미나-PVDF 멤브레인)를 포함한다. 본 특허를 따라 우수하게 형성된 염-풍부 SEI(Solid Electrolyte Interphase)층은 금속 이온 이동 속도를 조절하고, anode 금속 표면의 금속 이온 플럭스 분포를 조절하여 안정하고 균일하게 증착을 유도할 수 있다.
- 이러한 방법을 사용하게 되면, 금속 anode의 노출을 방지할 수 있으며, 전해질 내에서 첨가제가 균일하게 존재할 수 있다. 또한 배터리의 장기간 사용을 위해 배터리 수명의 주요 부분인 SEI층의 회복이 가능하게 된다.[17]
+이러한 방법을 사용하게 되면, 금속 anode의 노출을 방지할 수 있으며, 전해질 내에서 첨가제가 균일하게 존재할 수 있다. 또한 배터리의 장기간 사용을 위해 배터리 수명의 주요 부분인 SEI층의 회복이 가능하게 된다.[17]
 ====리튬 금속 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬 금속====

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 ====보호막의 소재 선택====
- 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하거나, 또는 보다 compact한 성장을 유도시키기 위해 보호막의 toughness와 shear modulus를 증가시키는 소재 설계가 진행되고 있다. 무기전해질 소재는 낮은 전자전도성과 우수한 이온 전도성으로 인해 덴드라이트의 성장을 물리적으로 억제가 가능하다는 장점을 갖는다. 하지만 무기소재 보호막은 리튬 계면과 보호막에서의 화학적 안정성이 취약하다는 공통적인 한계가 존재한다. 산화물계 무기전해질의 경우는 리튬 전극과 밀착 계면 형성에 어려움을 가지고, 황화물계 무기전해질의 경우는 리튬과의 화학적 안정성이 취약하다. 유무기 복합 보호막은 무기소재 도입으로 보호막의 강도를 높여 덴드라이트 생성을 억제시키는 유무기 소재들의 상호보완적 기능을 이용하는 설계가 진행되고 있다.[9]
+리튬 덴드라이트의 성장을 억제하거나, 또는 보다 compact한 성장을 유도시키기 위해 보호막의 toughness와 shear modulus를 증가시키는 소재 설계가 진행되고 있다. 무기전해질 소재는 낮은 전자전도성과 우수한 이온 전도성으로 인해 덴드라이트의 성장을 물리적으로 억제가 가능하다는 장점을 갖는다. 하지만 무기소재 보호막은 리튬 계면과 보호막에서의 화학적 안정성이 취약하다는 공통적인 한계가 존재한다. 산화물계 무기전해질의 경우는 리튬 전극과 밀착 계면 형성에 어려움을 가지고, 황화물계 무기전해질의 경우는 리튬과의 화학적 안정성이 취약하다. 유무기 복합 보호막은 무기소재 도입으로 보호막의 강도를 높여 덴드라이트 생성을 억제시키는 유무기 소재들의 상호보완적 기능을 이용하는 설계가 진행되고 있다.[9]
 ===관련 기술의 현황===

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 ====전극의 시드 디자인====
- 덴드라이트 생성의 시작인 시드를 조절하면 덴드라이트의 성장을 막고 균일한 덴드라이트 증착을 유도할 수 있다.[8] 리튬 금속 anode에 특정 금속을 원자 단위로 분산시키면, 그 특정 금속과 리튬이 solid solution을 형성하여 interface energy를 낮추어 균일한 증착을 유도하는 시드 역할을 하게 된다. 이러한 역할을 하는 금속에는 리튬에 비해 표준 환원 전위가 높은 금속들을 사용할 수 있다. 예로, Ga, In, Mg, Zn, Au 등이 있다. 이 금속들이 리튬 금속 anode에 있다면 덴드라이트가 증착하기 이전에 alloy phase를 형성하여 리튬 증착을 분산시킬 수 있다.
+덴드라이트 생성의 시작인 시드를 조절하면 덴드라이트의 성장을 막고 균일한 덴드라이트 증착을 유도할 수 있다.[8] 리튬 금속 anode에 특정 금속을 원자 단위로 분산시키면, 그 특정 금속과 리튬이 solid solution을 형성하여 interface energy를 낮추어 균일한 증착을 유도하는 시드 역할을 하게 된다. 이러한 역할을 하는 금속에는 리튬에 비해 표준 환원 전위가 높은 금속들을 사용할 수 있다. 예로, Ga, In, Mg, Zn, Au 등이 있다. 이 금속들이 리튬 금속 anode에 있다면 덴드라이트가 증착하기 이전에 alloy phase를 형성하여 리튬 증착을 분산시킬 수 있다.
 ====보호막의 소재 선택====

@@ 60번째 줄: / 60번째 줄: @@
 ====전해질 디자인====
- 고농도의 전해질을 사용했을 때 전기화학적 산화, 환원의 안정성이 향상된다는 연구와 더불어 이를 사용한 LIB에서 덴드라이트 형성이 억제된 결과가 보고되고 있다. 또한 전해질에 첨가제가 포함되어 있을 때, 첨가제가 분해되면서 SEI층의 특성을 바꾸고 이는 결과적으로 리튬 금속이 자라는 데에 중요한 영향을 끼친다. 예를 들어, 세슘과 같은 금속이온과 불소가 함유된 첨가제를 사용하는데, LMB의 문제점인 낮은 쿨롱 효율을 높여주는 효과를 가지지만, 세슘 이온은 리튬 이온과 환원전위 차이가 크지 않기 때문에 고속으로 충방전할 때에는 덴드라이트의 성장을 막기 어렵다는 한계가 여전히 존재하고 있다.
+고농도의 전해질을 사용했을 때 전기화학적 산화, 환원의 안정성이 향상된다는 연구와 더불어 이를 사용한 LIB에서 덴드라이트 형성이 억제된 결과가 보고되고 있다. 또한 전해질에 첨가제가 포함되어 있을 때, 첨가제가 분해되면서 SEI층의 특성을 바꾸고 이는 결과적으로 리튬 금속이 자라는 데에 중요한 영향을 끼친다. 예를 들어, 세슘과 같은 금속이온과 불소가 함유된 첨가제를 사용하는데, LMB의 문제점인 낮은 쿨롱 효율을 높여주는 효과를 가지지만, 세슘 이온은 리튬 이온과 환원전위 차이가 크지 않기 때문에 고속으로 충방전할 때에는 덴드라이트의 성장을 막기 어렵다는 한계가 여전히 존재하고 있다.
 ====전극의 시드 디자인====

@@ 187번째 줄: / 187번째 줄: @@
-====방법 4. self-healing electrostatic shield mechanism (SHES mechanism)====
+====방법 4. Self-healing electrostatic shield mechanism (SHES mechanism)====
 *CsPF<sub>6</sub> 첨가제
 리튬의 표준환원전위는 -3.04V, 세슘의 표준환원전위는 –3.026V이지만 네른스트식에 의하면 물질의 농도에 따라 환원전위가 변화한다.

@@ 167번째 줄: / 167번째 줄: @@
-====방법 2. 마이크로 패터닝 [27]====
+====방법 2. 마이크로 패터닝====
 [[파일:Fig.7.jpg|500픽셀|섬네일|가운데|Fig. 7 Schematic illustration of stamp imprinting method]]
@@ 177번째 줄: / 177번째 줄: @@
-*Fig.8에서 (a)는 기준 전해질과 패터닝하지 않은 금속, (b)는 기준 전해질과 패터닝한 금속, (c)는 듀얼 솔트 전해질과 패터닝한 금속에서의 리튬 증착을 관찰할 수 있다. (a)에서는 덴드라이트가 축적되었고, (b)에서는 패턴 구멍에 데드 리튬의 축적이 일어났으며, (c)에서는 듀얼 솔트 전해질의 영향으로 균일한 리튬 전착이 일어났다. 관련 논문을 보면, 전해질에 LiTFSI와 LiBOB를 추가로 첨가하였을 때, 그렇지 않았을 때보다 배터리의 성능이 증가한 것을 확인할 수 있다. 이는 추가로 첨가한 염들에 의해 폴리카보네이트와 리튬 설포네이트가 포함된 SEI층이 생성되어 이온전도도가 높아져 데드 리튬의 축적을 막아주었기 때문이라고 할 수 있다.
+*Fig.8에서 (a)는 기준 전해질과 패터닝하지 않은 금속, (b)는 기준 전해질과 패터닝한 금속, (c)는 듀얼 솔트 전해질과 패터닝한 금속에서의 리튬 증착을 관찰할 수 있다. (a)에서는 덴드라이트가 축적되었고, (b)에서는 패턴 구멍에 데드 리튬의 축적이 일어났으며, (c)에서는 듀얼 솔트 전해질의 영향으로 균일한 리튬 전착이 일어났다. 관련 논문을 보면, 전해질에 LiTFSI와 LiBOB를 추가로 첨가하였을 때, 그렇지 않았을 때보다 배터리의 성능이 증가한 것을 확인할 수 있다. 이는 추가로 첨가한 염들에 의해 폴리카보네이트와 리튬 설포네이트가 포함된 SEI층이 생성되어 이온전도도가 높아져 데드 리튬의 축적을 막아주었기 때문이라고 할 수 있다.[27]
 ====방법 3. 전해질 변화====