리튬이온전도성 유/무기 복합 고체전해질의 제조 및 특성평가

초록

이차전지 산업에서 리튬이온전지는 고가이지만 경량에 고에너지 밀도를 보유한 전원이란 장점이 있어 주목을 받고 있으며, 그 수요가 점차 증가하고 있다. 그러나 리튬이온전지는 액체 전해질을 사용하기 때문에 누액으로 인한 화재와 폭발의 위험이 크고 부피나 형태에 한계가 있어 이를 대체하기 위해 고체 전해질의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 고분자를 기반으로 하는 고체전해질은 액체전해질 또는 무기계전해질에 비하여 안정성 및 유연성을 갖는 특징이 있지만 이온전도도가 낮고 전극과 전해질 간의 높은 계면저항으로 인해 상용화에 어려움을 겪고 있다. 따라서 고분자계 고체전해질이 차세대 전고체전지에 적용되기 위해서는 이온전도도의 향상과 함께 계면 구조의 제어가 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 고분자전해질을 무기계(세라믹) 고체전해질과 복합화함으로써 고분자전해질의 이온전도도를 향상시키고자 하였다. 우선 Garnet 구조의 고체 전해질인 Li7La3Zr2O13 (LLZO) 분말을 합성하고 이를 polyethylene oxide (PEO) 기반의 고분자전해질이 용해된 슬러리에 첨가함으로써 고분자/세라믹 복합고체전해질을 제조하였고 그 첨가량에 따른 전기 화학적 특성 및 물리적 특성을 확인하였다. LLZO를 고분자전해질에 복합화함으로써 고체전해질 계면의 안정성이 향상되었고 내구성 및 이온전도도 등의 성능 또한 향상 가능하다는 것을 확인하였다.