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¸®Æ¬ ±Ý¼Ó ÀÌÂ÷ÀüÁö ¼ö¸í ¼¼°è ÃÖ°í ¼öÁØ ±¸Çö

KAIST ½Å¼ÒÀç°øÇаú ±èÀϵΠ±³¼ö, »ý¸íÈ­ÇаøÇаú ÀÓ¼º°© ±³¼ö °øµ¿¿¬±¸ÆÀ, ÀüÇؾנ¾È¿¡¼­ 3¹è ÆØÀ±µÇ´Â 100 ³ª³ë¹ÌÅÍ ÃʹÚÇü °øÁßÇÕü °íºÐÀÚ º¸È£¸· °³¹ß

600 »çÀÌŬ ÀÌ»ó ¾ÈÁ¤Àû ±¸µ¿µÇ´Â ¼¼°è ÃÖ°í ¼öÁØ ¸®Æ¬ ±Ý¼Ó ÀÌÂ÷ÀüÁö ¼º´É ±¸Çö

Â÷¼¼´ë ÀÌÂ÷ÀüÁö¿¡ ÇʼöÀûÀ¸·Î »ç¿ëµÇ´Â ¸®Æ¬ À½±ØÀÇ »ó¿ëÈ­ ¾Õ´ç±æ °Í

 

KAIST ½Å¼ÒÀç°øÇаú ±èÀϵΠ±³¼ö, »ý¸íÈ­ÇаøÇаú ÀÓ¼º°© ±³¼ö

¸®Æ¬ÀÌÂ÷ÀüÁöÀÇ ÀÌ»óÀûÀΠÀ½±Ø ¼ÒÀç·Î ÁÖ¸ñ¹Þ´Â ¸®Æ¬ ±Ý¼ÓÀº ÇöÀç »ó¿ë ¹èÅ͸®ÀΠ±×¶óÆÄÀÌÆ®(graphite, 372 mAh/g)º¸´Ù 10¹è ³ôÀº ¿ë·®À» °¡Áö°í ÀÖÁö¸¸, Ãæ·¹æÀü °úÁ¤ Áß ¸®Æ¬ µ§µå¶óÀÌÆ®(dendrite)¶ó ºÒ¸®´Â ¹Ù´Ã ±¸Á¶ÀǠħÀü¹°ÀÌ ½±°Ô Çü¼ºµÇ´Â ±Ùº»ÀûÀΠ¹®Á¦·Î ÀÎÇØ »ó¿ëÈ­µÇÁö ¸øÇÏ°í ÀÖ´Ù.

KAIST ½Å¼ÒÀç°øÇаú ±èÀϵΠ±³¼ö¿Í »ý¸íÈ­ÇаøÇаú ÀÓ¼º°© ±³¼ö °øµ¿ ¿¬±¸ÆÀÀÌ ¸®Æ¬ÀÌ¿ÂÀüÁöÀÇ ÀüÇؾנ¼Ó¿¡¼­ ÆØÀ±(°íºÐÀÚ È­ÇÕ¹°ÀÌ ¿ë¸Å¸¦ Èí¼öÇØ ºÎÇÇ°¡ ´Ã¾î³²)µÇ´Â ÃʹÚÇü °øÁßÇÕü °íºÐÀÚ º¸È£¸·À» Àû¿ëÇØ ¸®Æ¬ ±Ý¼Ó ÀüÁöÀÇ ¼ö¸íÀ» È¹±âÀûÀ¸·Î ´Ã¸®´Â µ¥ ¼º°øÇß´Ù°í 28ÀÏ ¹àÇû´Ù.

¸®Æ¬ ±Ý¼ÓÀÇ ³·Àº Äð·î È¿À², ÂªÀº ÀüÁö ¼ö¸í, Æø¹ß À§Çè µîÀ» ¸·±â À§ÇØ ÀΰøÀ¸·Î °íü-ÀüÇØÁú °è¸é (artificial solid-electrolyte interphase, ÀÌÇÏ SEI) ÃþÀ» º¸È£¸·Ã³·³ ¸¸µé¾î ¸®Æ¬ ÀÌ¿ÂÀÇ ¿øÈ°ÇÑ Àü´Þ°ú µ§µå¶óÀÌÆ®ÀÇ ¼ºÀåÀ» ¾ïÁ¦Çϱâ À§ÇÑ ´Ù¾çÇÑ ¿¬±¸µéÀÌ ÁøÇàµÇ¾ú´Ù. ±×·¯³ª, ±âÁ¸ÀÇ Àΰø SEI ÃþµéÀº µÎ²²°¡ µÎ²¨¿ö ÀüÁö ³»ºÎÀÇ ³ôÀº ÀúÇ×À» ¹ß»ý½ÃÅ°°Å³ª, ¼ö¹é »çÀÌŬ ÀÌ»óÀÇ ±¸µ¿ ½Ã ¸®Æ¬ ±Ý¼ÓÀ¸·ÎºÎÅÍ ¶³¾îÁ® ¸®Æ¬ ±Ý¼Ó À½±ØÀÇ Àå½Ã°£ ¾ÈÁ¤¼º À¯Áö¿¡ ¾î·Á¿òÀÌ ÀÖ¾ú´Ù. ¹«¾ùº¸´Ùµµ, SEI ÃþÀÇ Çü¼º °úÁ¤¿¡¼­ ¹ÝÀÀ¼ºÀÌ ¸Å¿ì Å« ¸®Æ¬ÀÇ ¼Õ»óÀÌ ¹ß»ýÇϴ °æ¿ì°¡ ¸¹¾Æ ¿øÇϴ ÇüÅÂÀÇ SEI ÃþÀ» Çü¼ºÇϴ µ¥¿¡ Á¦¾àÀÌ ÄÇ´Ù.

°øµ¿ ¿¬±¸ÆÀÀº ¸®Æ¬ ±Ý¼ÓÀÇ ³ôÀº ¹ÝÀÀ¼ºÀ» Á¦¾îÇÏ°í µ§Æ®¶óÀÌÆ® ¼ºÀå ¹× ÀüÇؾנ°í°¥ ¹®Á¦¸¦ ÇØ°áÇϱâ À§ÇØ `°³½ÃÁ¦¸¦ ÀÌ¿ëÇÑ È­ÇР±â»ó ÁõÂø¹ý(initiated chemical vapor deposition, iCVD)'À̶ó´Â °øÁ¤À» ÀÌ¿ëÇß´Ù. ÀÌ °øÁ¤ ±â¼úÀº ¸®Æ¬±Ý¼Ó Ç¥¸é¿¡ ¼Õ»ó¾øÀÌ º¸È£¸·À¸·Î Àû¿ëµÇµµ·Ï ¿ë¸Å¸¦ »ç¿ëÇÏÁö ¾Ê´Â ¿ÂÈ­ÇÑ Á¶°Ç¿¡¼­ °øÁ¤À» ÁøÇàÇϸ砱â´É¼º °íºÐÀÚ ¹Ú¸·À» ¾ã°Ô ±ÕÀÏÇÏ°Ô Àû¿ëÇÒ ¼ö Àִٴ ÀåÁ¡ÀÌ ÀÖ´Ù.

 

°øÁßÇÕü °íºÐÀÚ º¸È£¸·ÀÌ Àû¿ëµÈ ¸®Æ¬ À½±Ø ±×¸²

°øµ¿ ¿¬±¸ÆÀÀº iCVD °øÁ¤À¸·Î Á¦Á¶µÈ °íºÐÀÚ ¹Ú¸·À» È°¿ëÇØ ¸®Æ¬ Àü±ØÀÇ °è¸éÀ» ¾ÈÁ¤È­ÇÏ¿´´Ù. ÀüÇؾװú ¸¸³ª 3¹è ÆØÀ±µÇ¾î ºÎµå·¯¿î SEI ±¸Á¶Ã¼¸¦ Çü¼ºÇϴ °íºÐÀÚ º¸È£¸·ÀÌ Àû¿ëµÈ ¸®Æ¬ À½±ØÀº ¼¼°è ÃÖ°í ¼öÁØÀÇ ¸®Æ¬ À̿ ¿î¹ÝÀ²(0.95)°ú À̿ Àüµµµµ(6.54 mS cm-1) Æ¯¼ºÀ» º¸¿´´Ù. Æ¯È÷ 100 nmÀÇ ¾ãÀº µÎ²²¿¡¼­µµ ¸®Æ¬ µ§µå¶óÀÌÆ® ¼ºÀåÀ» È¿°úÀûÀ¸·Î ¸·´Â È¿°ú°¡ ÀÖÀ½À» ¿¬±¸ÆÀÀº Áõ¸íÇß´Ù. ¿¬±¸ÆÀÀº Çǵð¸â½º°¡ ÄÚÆõȠ¸®Æ¬ À½±Ø°ú »ó¿ëÈ­µÈ ¾ç±Ø(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)À» ¹èÅ͸® ¼¿(battery cell)·Î Á¦Á¶ÇØ, ¹«·Á 600 »çÀÌŬ ÀÌ»ó ¾ÈÁ¤ÀûÀ¸·Î ±¸µ¿µÇ´Â ¼¼°è ÃÖ°í ¼öÁØÀÇ ¼º´ÉÀ» ±¸ÇöÇß´Ù.

»ý¸íÈ­ÇаøÇаú ÀÓ¼º°© ±³¼ö´Â "ÀüÇؾ׿¡¼­ ÆØÀ±µÇ´Â ÃʹÚÇü °íºÐÀÚ º¸È£¸·À» iCVD °øÁ¤À» Àû¿ëÇØ ¸®Æ¬ ±Ý¼Ó ´ëºñ 6¹è ÀÌ»ó ¼ö¸í Æ¯¼ºÀÌ °³¼±µÈ ¸®Æ¬ ±Ý¼Ó ÀüÁö °³¹ß¿¡ ¼º°øÇß´Ùˮ°í ¹àÇûÀ¸¸ç, ½Å¼ÒÀç°øÇаú ±èÀϵΠ±³¼ö´Â "°í¿ë·® ¸®Æ¬ ÀÌÂ÷ÀüÁö»Ó¸¸ ¾Æ´Ï¶ó ¸®Æ¬-Ȳ ÀüÁö, ¸®Æ¬-°ø±â ÀüÁö¿Í °°Àº Â÷¼¼´ë ÀÌÂ÷ÀüÁö¿¡µµ ÇʼöÀûÀ¸·Î »ç¿ëµÇ´Â ¸®Æ¬ À½±ØÀÇ »ó¿ëÈ­¸¦ ¾Õ´ç±â´Âµ¥ ±â¿©ÇÒ ¼ö ÀÖÀ» °ÍÀ¸·Î ±â´ëµÈ´Ùˮ °í ¸»Çß´Ù.

 

iCVD °øÁ¤À» ÅëÇØ ÇÕ¼ºµÈ ÀüÇØÁú ÆØÀ±¼º °íºÐÀÚ ¹Ú¸·

À̹ø ¿¬±¸ °á°ú´Â KAIST Á¹¾÷»ý ¹èÀçÇü ¹Ú»ç(úÞ °æÈñ´ëÇб³ È­ÇаøÇаú ±³¼ö), KAIST ÃÖ°Ç¿ì ¹Ú»ç°úÁ¤, KAIST ¼ÛÇö¼· ¹Ú»ç°úÁ¤ÀÌ °øµ¿ Á¦1 ÀúÀڷΠÂü¿©ÇßÀ¸¸ç, ±¹Á¦ ÇмúÁö `¾îµå¹ê½ºµå ¿¡³ÊÁö ¸ÓƼ¸®¾óÁî(Advanced Energy Materials)' ¿Â¶óÀΠȣ¿¡ 3¿ù 8ÀÏÀÚ ÃâÆǵǾúÀ¸¸ç, Ç¥Áö³í¹® (Front Cover)À¸·Îµµ ¼±Á¤µÆ´Ù. (³í¹®¸í : Reinforcing native solid-electrolyte interphase layers via electrolyte-swellable soft-scaffold for lithium metal anode).

À̹ø ¿¬±¸´Â KAIST-LG¿¡³ÊÁö¼Ö·ç¼Ç ÇÁ·ÐƼ¾î ¸®¼­Ä¡ ·¦ (Frontier Research Lab, FRL)°ú °úÇбâ¼úÁ¤º¸Åë½ÅºÎ ¼±µµ¿¬±¸¼¾ÅÍ Áö¿ø»ç¾÷ (¿þ¾î·¯ºí Ç÷§Æû ±â¼ú¼¾ÅÍ)ÀÇ Áö¿øÀ» ¹Þ¾Æ ¼öÇàµÆ´Ù.

 

iCVD °øÁ¤À» ÅëÇØ ÇÕ¼ºµÈ ÀüÇØÁú ÆØÀ±¼º °íºÐÀÚ ¹Ú¸·

¡à ¿¬±¸°³¿ä

¿¬±¸ ¹è°æ

¸®Æ¬ ±Ý¼ÓÀº ¸Å¿ì ³ôÀº ¿ë·®°ú ³·Àº »êÈ­ È¯¿ø ÀüÀ§ µîÀÇ ÀåÁ¡À¸·Î Â÷¼¼´ë ÀÌÂ÷ÀüÁö Àü±ØÀ¸·Î °¢±¤¹Þ°í ÀÖ´Ù. ±×·¯³ª, ¸®Æ¬ ±Ý¼Ó Àü±ØÀº ³ôÀº ¹ÝÀÀ¼ºÀ¸·Î ÀÎÇØ ÃæÀü/¹æÀü °úÁ¤¿¡¼­ µ§µå¶óÀÌÆ® Çü¼ºÀ» À¯¹ßÇÑ´Ù. ¶ÇÇÑ, ¸®Æ¬ ±Ý¼ÓÀº È¯¿ø¼ºÀÌ ³ô±â ¶§¹®¿¡ ÀüÇØÁú°ú ½±°Ô ¹ÝÀÀÇÏ¿© ºÎ»ê¹°·Î °íü-ÀüÇØÁú °è¸éÃþ (solid-electrolyte interphase, SEI)À» Çü¼ºÇÑ´Ù. ÀÌ·¸°Ô Çü¼ºµÈ °è¸éÃþÀº Á¡Â÷ ÀüÇؾ×À» °í°¥½ÃÅ°°í, µ§µå¶óÀÌÆ®(dendrite)¿Í ÇÔ²² ¸®Æ¬ ±Ý¼Ó Àü±ØÀÇ ±Õ¿­À» ¸¸µé¾î °á±¹¿¡´Â ºÎ¼­Áö°í, Àü±ØÀ¸·Î½áÀÇ ¿ªÇÒÀ» ÇÏÁö ¸øÇÏ°Ô µÈ´Ù. ÀÌ·¯ÇÑ ¹®Á¦µé·Î ÀÎÇØ ¸®Æ¬ ±Ý¼ÓÀ» Àü±ØÀ¸·Î »ç¿ëÇϴ ÀüÁö´Â ³·Àº Äð·Õ È¿À², ÂªÀº ÀüÁö ¼ö¸í ¹× ±¸µ¿ ½Ã°£ ¹× ¸®Æ¬ ±Ý¼ÓÀÇ Æø¹ß À§Ç輺À¸·Î ÀÎÇÑ ¾ÈÀü ¹®Á¦µé·Î ¾î·Á¿òÀ» °Þ°í ÀÖ´Ù.

À̸¦ ÇØ°áÇϱâ À§ÇØ Á¦¾ÈµÈ Àü·« Áß Çϳª´Â Àΰø SEI ÃþÀ» ¸®Æ¬ Àü±ØÀ» º¸È£¸·Ã³·³ »ç¿ëÇϴ ¹æ¹ýÀÌ´Ù. ÇØ´ç ¹æ¹ýÀº ÁַΠµ§µå¶óÀÌÆ®ÀÇ ¼ºÀåÀ» ¾ïÁ¦Çϸ砸®Æ¬ ±Ý¼Ó Ç¥¸éÀ» ¾ÈÁ¤È­Çϴ ¿ªÇÒÀ» ÇÑ´Ù. ±×·¯³ª, ±âÁ¸ÀÇ Àΰø SEI ÃþµéÀº ÀúÇ×ÀÌ ³ô°í, ÀΰøÀûÀΠ°è¸éÃþ¿¡ ÀÇÇØ »ý±ä SEI ÃþÀÌ ÀÌ·Ó°Ô ÀÛ¿ëÇÏÁö¸¸Àº ¾Ê´Â ¹®Á¦°¡ ÀÖ´Ù. µû¶ó¼­, º» ¿¬±¸¿¡¼­´Â 100 nmÀÇ ¾ãÀº µÎ²²¸¦ °¡Áö¸ç ÀÚ¹ßÀûÀ¸·Î Çü¼ºµÇ´Â SEI ÃþÀ» ¼ö¿ëÇÏ°í, ÀÚ¹ßÀûÀ¸·Î °­È­µÇ´Â °íºÐÀÚ ±¸Á¶¹°À» °³¹ßÇÏ¿´´Ù.

2. ¿¬±¸ ³»¿ë

º» ¿¬±¸¿¡¼­´Â ¸®Æ¬ ±Ý¼ÓÀÇ ³ôÀº ¹ÝÀÀ¼ºÀ» Á¦¾îÇÏ°í, µ§µå¶óÀÌÆ® ¼ºÀå ¹× ÀüÇؾנ°í°¥ ¹®Á¦¸¦ ÇØ°áÇϱâ À§ÇØ `°³½ÃÁ¦¸¦ ÀÌ¿ëÇÑ È­ÇР±â»ó ÁõÂø¹ý (initiated chemical vapor deposition, iCVD)'À» È°¿ëÇß´Ù. iCVD´Â ±âü »óÅÂÀÇ ¹ÝÀÀ¹°À» ÀÌ¿ëÇÏ¿© °íºÐÀÚ Á¶¼º Á¦¾î°¡ ¿ëÀÌÇÏ°í ´Ù¾çÇÑ ÀÛ¿ë±â¸¦ °¡Áø °íºÐÀÚ¸¦ ÇÕ¼º°ú µ¿½Ã¿¡ Ç¥¸é»ó¿¡ ±ÕÀÏÇÏ°Ô ÁõÂøÇÒ ¼ö Àִ °øÁ¤ ±â¼úÀÌ´Ù. ¿ë¸Å¸¦ »ç¿ëÇÏÁö ¾Ê´Â ¿ÂÈ­ÇÑ Á¶°Ç¿¡¼­ °øÁ¤ÀÌ ÁøÇàµÇ±â ¶§¹®¿¡ ÇϺΠ±âÆÇ¿¡ ¼Õ»óÀ» ÁÖÁö ¾Ê´Â ÀåÁ¡ÀÌ ÀÖ´Ù. ÀÌ·± ÀåÁ¡À» È°¿ëÇÏ¿© ´Ù¾çÇÑ ÀÛ¿ë±â¸¦ Æ÷ÇÔÇϴ °íºÐÀÚ ¹Ú¸·À» ¾ã°Ô ¸®Æ¬ ±Ý¼Ó À§·Î ¼Õ»ó ¾øÀÌ º¸È£¸·À¸·Î Àû¿ëÇÏ¿´´Ù. iCVD °øÁ¤À» ÅëÇØ Àû¿ëµÈ 3Â÷ ¾Æ¹ÎÀ» Æ÷ÇÔÇϴ °íºÐÀÚ ¹Ú¸·Àº ³Î¸® »ç¿ëµÇ´Â ¸®Æ¬ÀÌ¿ÂÀüÁö¿ë ÀüÇؾ׿¡ 3¹è °¡±îÀÌ ÆØÀ± µÇ¾ú´Ù. ÆØÀ±µÈ °íºÐÀÚ ¸ÅÆ®¸¯½º¸¦ ÅëÇØ ÀüÇؾנ¾ÈÀÇ ¸®Æ¬ ÀÌ¿ÂÀÌ ¿øÈ°È÷ ¿î¹ÝµÇ¸ç, ±âÁ¸ÀÇ SEI Ãþ°ú È¥¼ºÈ­µÉ ¼ö Àִ ÀΰøÃþÀ» ¸®Æ¬ ±Ý¼Ó Àü±Ø¿¡ Àû¿ëÇÏ¿´´Ù. ÇØ´ç °íºÐÀÚ º¸È£¸·Àº ÀüÇؾ׿¡ ÆØÀ±µÈ »óÅ¿¡µµ ÃæºÐÇÑ ±â°èÀû °­µµ¸¦ º¸¿´À¸¸ç, °¡È¤ÇÑ ±¸µ¿ Á¶°Ç¿¡¼­µµ ±× °íºÐÀÚ°¡ ±¸Á¶ÀûÀ¸·Î ¼Õ»óµÇÁö ¾Ê¾Ò±â¿¡ ³ÐÀº °ø°£ ³»ºÎ¿¡ ±âÁ¸ÀÇ SEI ÃþÀ» ¿ÏÀüÈ÷ ¼ö¿ëÇϸ鼭 µ¿½Ã¿¡ À̷οî SEI ÃþÀ» ¿À·§µ¿¾È À¯ÁöÇÒ ¼ö ÀÖ¾ú´Ù.

3. ±â´ë È¿°ú

iCVD·Î ÁõÂøµÈ ÀüÇؾנÆØÀ±¼º °íºÐÀÚÃþÀº ¸®Æ¬ ±Ý¼Ó Àü±ØÀ» º¸È£Çϸ砱âÁ¸ÀÇ SEI ÃþÀ» ¼ö¿ëÇÏ°í À¯ÁöÇϸ砸®Æ¬ Àü±ØÀÇ °è¸éÀ» ¾ÈÁ¤È­ÇÏ¿´´Ù. 100 ³ª³ë¹ÌÅÍ µÎ²²ÀÇ ¸Å¿ì ¾ãÀº °íºÐÀÚ º¸È£¸·ÀÌ ¹ü¿ëÀûÀ¸·Î »ç¿ëµÇ´Â ¸®Æ¬ÀÌ¿ÂÀüÁö¿ë ÀüÇؾ׿¡ 3¹è ÆØâÇÏ¿© ¸®Æ¬ À̿ ¼ö¼ÛÀ» µµ¿Ô°í, »êÈ­ ¸®Æ¬ (Li2O)´Â Àû°í Åº»ê ¸®Æ¬ (Li2CO3)Àº ±ÕÀÏÇÑ SEI ÃþÀ» Çü¼ºÇÒ ¼ö ÀÖ¾ú´Ù. ÇØ´ç °íºÐÀÚ º¸È£¸·Àº ¸Å¿ì ³ôÀº ¸®Æ¬ À̿ ¿î¹ÝÀ²°ú À̿ Àüµµµµ¸¦ º¸¿´°í, ¸®Æ¬ ±Ý¼Ó Àü±Ø¿¡ Àû¿ëµÇ¾î ¸¸µç ´ëĪ ÀüÁö¿¡¼­ ±âÁ¸ÀÇ ´ëĪ ÀüÁö¿¡ ºñÇØ 550%, LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 (NMC 622) ±â¹Ý ÀÌÂ÷ÀüÁö(¿ÏÀü¼¿)¿¡¼­ 600%±îÁö ±¸µ¿ ½Ã°£ÀÌ Çâ»óµÇ¾ú´Ù. ÇÕ¼ºµÈ °øÁßÇÕü °íºÐÀÚ¸·¿¡ ´ëÇÑ ½ÉÃþ ÇÁ·ÎÆÄÀϸµÀ» ÅëÇØ ÀüÇؾנģȭ¼º¿¡ µû¸¥ °è¸é ºÐ¼® µîÀ» ÁøÇàÇÏ¿´´Ù. º» ¿¬±¸´Â ±Ã±ØÀûÀ¸·Î ¸®Æ¬ ±Ý¼Ó Àü±ØÀÇ ¾ÈÁ¤ÀûÀΠȰ¿ëÀ» ÅëÇØ ´Ù¾çÇÑ Â÷¼¼´ë ÀÌÂ÷ÀüÁö ºÐ¾ß¿¡ È°¹ßÈ÷ ÀÀ¿ëµÉ ¼ö ÀÖÀ» °ÍÀ̶ó ±â´ëµÈ´Ù.

KAIST È«º¸½Ç Á¦°ø 

³ëº§»çÀ̾𽺠 science@nobelscience.co.kr

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