박막전지의 전극과 고체전해질간의 계면저항 감소를 위한 연구

초록

박막 공정을 이용한 저자가 방전 고출력 전지의 개발에 있어서 전극/전해질 계면저항이 증가할 경우 전지의 효율 저하 (원인 : 고분자 전해질의 경우 액상 전해질의 swelling에 따른 고분자층의 용해 및 delamination에 의한 전극/전해질 계면 저항증가)를 야기시킨다. 이는 실제전지 구동시에 전압강하를 일으키며, 그 결과 고동전압의 감소로 이어진다. 따라서 새로운 전극물질과 전해질 개발에 따른 계면저항의 변화와, 이에 따른 계면 저항 감소기술 개발이 요구되며, 또한, 전극제조 방법과 전극과 전해질의 구조변화에 따른 계면저항의 평가가 요구된다. 본 연구에서는 Li 이온의 이동에 따른 LiPON electrolyte의 저항 변화를 측정하였고, LiCoO2의 열처리에 따른 전지의 성능 및 저항을 측정하였다. 또한 LiCoO2와 LiPON간의 계면 저항을 줄이기 위해 층간 삽입 물질로서 Al2O3를 이용하여 초기 방전 용량의 증가와 계면저항 감소를 확인하였으며, 충․방전 사이클 특성이 우수함을 알 수 있었다. 이는 Al2O3가 전해질과 high-valent metal(Co4+)이 직접적으로 접촉하는 부분을 줄임으로서 Co가 전해질로 용출되는 것을 감소시켜 전해질 분해를 억제하기 때문이라고 예상한다. 전지의 특성을 평가하는 실험에서는 Half cell과 Thin Film Battery를 사용하여 비교 분석하였고, Thin Film Battery 제조 시 Li anode 를 제외한 모든 공정은 DC & RF magnetron sputtering을 이용하여 증착하였다. 전지에서 발생하는 임피던스를 측정하기 위해 frequency response analyzer (Zahner IM6)를 사용하였고, 주파수 영역은 0.1Hz~1M Hz, 교류신호 ±5 mV를 인가하여 실험하였다.