플렉서블 리튬 메탈 배터리를 위한 분리막 일체형 그래핀/흑연 전극 제작

초록

롤업 디스플레이, 웨어러블 전자 장치 및 스마트 전자기기에 대한 지속적인 수요증가로 인해 플렉서블 리튬 이온 배터리는 지난 수십 년 동안 활발하게 연구되었다. 그러나, 대부분의 리튬 이차전지는 흑연을 음극재로 사용하고 있어 높은 에너지밀도를 요구하는 분야로의 적용에는 한계가 있다. 이에 대한 방안으로, 낮은 전기화학적 반응 전위(-3.04 V vs SHE.)를 가지며, 3860 m Ah/g의 높은 이론 용량을 가지는 리튬 금속 소재가 차세대 배터리 음극소재로 각광받고 있다. 하지만, 충·방전 과정에서 리튬 금속 표면에서 성장하는 덴드라이트 구조로 인해 발생하는 내부 단락과 dead-Li으로 인한 수명특성의 열화 및 리튬 메탈의 증착과정에서 일어나는 부피 팽창으로 인한 기계적 안정성 등이 문제점으로 지적되고 있다. 본 연구에서는 리튬 금속 음극의 덴드라이트 형성으로 인한 성능 저하 및 기계적 안정성 문제를 해결하기 위해 전기화학적 박리를 통해 reduced graphene oxide를 합성하고, 간단한 감압 증류 과정을 통해 그래핀과 흑연이 혼합된 유연한 분리막 일체형 전극을 합성하였다. 합성된 전극의 구조를 주사전자현미경(SEM)을 통해 관찰하였으며, 라만 분광법과 X선 회절 분석법(XRD)을 통해 정성분석을 진행하였다. 또한, 합성한 전극을 리튬 금속 전지의 음극으로 사용하여 CE test 및 Symmetric cell test를 통해 리튬 금속 전지 음극으로서의 배터리 성능 평가를 진행하였다.