리튬이온배터리용 SiOx/C 음극의 전해질 첨가제에 따른 전해질 분해 생성물

초록

리튬이온배터리의 충/방전 과정 동안 발생하는 전극 활물질의 급격한 부피 변화와 이에 따른 지속적인 전해질 분해는 배터리의 전기화학적 성능과 안정성을 급격히 악화시킨다. 이 과정에서 전해질 첨가제는 전해질보다 먼저 분해되어 안정적인 SEI 피막 형성을 유도하며 연속적인 전해질 소모를 억제하고 활물질 보호의 역할을 한다. 이처럼 전해질 첨가제와 전해질의 분해는 배터리의 특성에 큰 영향을 미치지만, 차세대 고용량 음극 물질로 주목받고 있는 실리콘을 음극 활물질로 사용한 전해질 분해 생성물에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 흑연 및 SiOx/C를 음극 활물질로 사용하여 EC:EMC (1:1, v/v) 전해질에 5 vol.%의 VC(Vinylene carbonate)와 FEC(Fluoroethylene carbonate)를 첨가제로 첨가하여 전해질 첨가제의 영향에 따른 SiOx/C 음극에서의 SEI 피막 형성 및 전해질 분해 생성물의 차이를 흑연과 비교 평가하였다. 전해질 첨가제를 첨가하지 않은 경우와 VC를 첨가한 경우, FEC를 첨가한 경우로 나누어 사이클링 테스트를 진행한 후 형성된 SEI 피막을 주사전자현미경(SEM)과 X선 광전자 분광기(XPS)를 통해 분석하였으며, 전해질 첨가제 및 전해질이 분해되어 소모된 양과 전해질 분해 생성물을 기체 크로마토그래프-질량분석기(GC-MS)를 이용해 확인하였다.