리튬-금속 배터리(LMB)는 리튬 이온 대신 고체 금속으로 만들어진 충전식 리튬 기반 배터리의 새로운 유형으로 가장 유망한 고에너지 밀도 충전식 배터리 기술 중 하나입니다. 이러한 배터리는 몇 가지 유리한 특성이 있지만 낮은 에너지 밀도 및 안전 관련 문제를 포함하여 몇 가지 제한 사항이 있습니다.
최근 몇 년 동안 연구자들은 양극이 없는 대체 리튬 배터리 셀 설계를 도입하여 이러한 한계를 극복하려고 시도했습니다. 이 양극이 없는 설계는 리튬 금속 배터리의 에너지 밀도와 안전성을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다.
국립산업과학원 연구원들과 Technology 최근 무음극 리튬전지의 에너지 밀도를 높이기 위한 연구를 진행해 리튬이온을 이용한 고에너지밀도, 장수명 무음극 리튬전지를 새롭게 선보였습니다.2오 희생제물.
애노드가 없는 전체 셀 배터리 아키텍처는 일반적으로 베어 애노드 구리 집전체가 있는 완전히 리튬화된 캐소드를 기반으로 합니다. 놀랍게도, 무양극 리튬 배터리의 중량 및 체적 에너지 밀도는 모두 최대 한계까지 확장될 수 있습니다. 양극이 없는 전지 아키텍처는 더 낮은 비용, 더 높은 안전성 및 더 간단한 전지 조립 절차를 포함하여 기존의 LMB 설계에 비해 몇 가지 다른 이점이 있습니다.
양극이 없는 LMB의 잠재력을 최대한 활용하기 위해 연구자들은 먼저 리튬 금속 도금의 가역성/안정성을 달성하는 방법을 파악해야 합니다. 많은 사람들이 더 유리한 전해질을 설계하고 선택하여 이 문제를 해결하려고 시도했지만 이러한 노력의 대부분은 지금까지 성공하지 못했습니다.
다른 사람들은 또한 Li-금속 도금/박리 가역성을 향상시킬 수 있는 염 또는 첨가제를 사용하는 가능성을 탐구했습니다. 이러한 이전의 시도를 검토한 후 국립 산업 기술 연구소의 연구원들은 Li의 사용을 제안했습니다.2O LiNi에 사전 로드된 희생제로서0.8Co0.1Mn0.1O2 표면.
연구진은 논문에서“특히 셀 구성에서 제한된 Li 저장소 (일반적으로 리튬 과잉이 없음)를 고려할 때 높은 Li 가역성을 실현하는 것이 어렵습니다. "이 연구에서 우리는 Li를 소개했습니다.2O LiNi에 사전 로드된 희생제로서0.8Co0.1Mn0.1O2 음극, 양극이 없는 초기 전지에서 장기간 사이클링 동안 Li의 비가역적 손실을 상쇄하기 위해 추가 Li 소스를 제공합니다."
리를 고용하는 것 외에도2O 희생제로서 연구원들은 친핵성 O를 중화하기 위해 플루오로프로필 에테르 첨가제의 사용을 제안했습니다.2- Li의 산화 과정에서 방출2O, 기체 O의 추가 발생 방지2 배터리 음극 표면에 코팅된 LiF 기반 전해질의 제조로 인해 발생합니다.
"우리는 O2– Li를 통해 방출되는 종2O 산화는 플루오르화 에테르 첨가제에 의해 상승적으로 중화됩니다.”라고 연구원들은 논문에서 설명했습니다. 이것은 음극 표면을 부동태화하고 에테르 용매의 유해한 산화 분해를 억제하는 음극/전해질 계면에 LiF 기반 층의 구성으로 이어집니다.”
그들이 고안한 설계를 기반으로, 국립 산업 과학 기술 연구소의 Yu Qiao와 나머지 팀은 긴 수명의 2.46Ah 초기 양극 없는 파우치 셀을 실현할 수 있었습니다. 이 셀은 320 Wh kg의 중량 에너지 밀도를 나타 냈습니다.-1, 80번의 작동 주기 후에도 300% 용량을 유지합니다.
미래에는 양극이 없는 리튬 배터리 이 연구 그룹이 도입한 LMB의 일반적으로 보고된 한계를 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한, 그 디자인은 더 높은 에너지 밀도와 더 긴 수명을 가진 더 안전한 리튬 기반 충전식 배터리를 만드는 데 영감을 줄 수 있습니다.
