Li2O-B2O3-SiO2/LLZO 고체전해질 복합체의 리튬이온전도 및 전기화학적 특성 평가

초록

현재 ESS용 전지로 고에너지밀도를 보유하고, 출력 특성이 우수한 리튬이온전지가 가장 많이 보급되고 있지만, 전지 가격과 설치비용이 고가이기 때문에 경쟁력이 떨어지고 액체 전해질의 누액 또는 기화로 인해 발생되는 폭발 및 화재 위험 같은 안정성의 문제를 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 기존의 ESS용으로 사용되었던 리튬이온전지의 액체전해질을 고체전해질로 변경함으로써 고에너지 밀도의 전지를 구현함과 동시에 폭발 및 발화 위험으로부터 안정성을 향상시킨 전고체전지(All Solid-state Battery)가 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 고상 반응법으로 Garnet 구조의 고체 전해질인 LLZO (Al, Ta doped Li7La3Zr2O13)를 제조하였다. 또한 Li2O-B2O3-SiO2계 유리는 1350℃에서 10분 이상 알루미나 도가니에서 용융 후 카본몰드에 용융체를 급냉하여 제조하였다. 복합고체전해질은 LLZO에 0~10wt%의 유리전해질을 복합화함으로써 제조하였다. 이 복합화 고체전해질은 X-ray Diffraction(XRD)를 이용하여 결정 특성을 조사하였으며 주사전자현미경(SEM)을 통하여 미세구조를 관찰하고, Electrochemical Impedance Spectroscopy(EIS)로 전기전도특성을 확인하였다. 0~10wt% Li2O-B2O3-SiO2/LLZO복합체는 700~900℃ 에서 열처리하여 10-4S/cm 이상의 높은 이온전도도를 나타내었다