SiOx/C 음극의 전해질 첨가제에 따른 SEI 분석 및 전해질 분해 생성물에 관한 연구

초록

충방전 과정 중 전극의 급격한 부피변화로 인한 지속적인 전해질의 분해 및 SEI 형성은 전해질의 소모를 유도하여 전지의 성능 및 안정성을 급격하게 악화시킨다. 전해질 첨가제는 이 과정에서 전해질보다 먼저 분해되어 전해질의 소모를 억제하고 보다 안정적인 SEI 피막을 형성하여 연속적으로 전해질이 분해되지 않도록 하며 활물질을 보호하는 역할을 한다. 이처럼 전해질 첨가제 및 전해질의 분해가 전지 특성에 지대한 영향을 미치지만 분해 생성물에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 흑연 및 SiOx/C를 음극으로 사용하여 EC:EMC (1:1, v/v) 전해질에 2 vol.%의 VC(Vinylene carbonate)와 FEC(Fluoroethylene carbonate)를 첨가제로 이용하여 음극 활물질의 조성 및 전해질 첨가의 영향에 따른 SEI 형성 및 전해질 분해 생성물의 차이를 비교 평가하였다. 전해질 첨가제를 첨가하지 않은 경우와 VC를 첨가한 경우, FEC를 첨가한 경우로 나누어 사이클링을 진행한 후 형성된 SEI 피막을 주사전자현미경(SEM)과 투과전자현미경(TEM)을 통해 확인하였으며 X선 회절 분석기(XRD)와 X선 광전자 분광기(XPS)를 통해 SEI 피막을 분석하였다. 또한, 사이클링 후 전해질 첨가제와 전해질이 분해되어 소모된 양과 전해질 분해 생성물을 기체 크로마토그래프-질량 분석기(GC-MS)를 통해 확인하였다.