충방전에 따른 리튬이온배터리용 SiOx/C와 흑연 음극에서의 전해액 분해 생성물

초록

충방전 과정에서 활물질의 급격한 부피 변화로 인해 발생하는 전해액의 지속적인 분해와 SEI (Solid Electrolyte Interface)의 형성은 리튬 이온 전지의 성능 및 안정성을 급격히 저하시킨다. 이를 완화하기 위하여 전해액에는 일반적으로 전해질보다 분자의 LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 수준이 낮은 전해액 첨가제가 사용되고 있다. 일반적으로 첨가제는 전해액보다 먼저 분해되어 안정한 SEI를 형성함으로써 전해액의 지속적인 소모 및 활물질의 분쇄를 방지할 수 있다. 전극 표면에서 분해될 수 있는 첨가제는 전해액 소모를 방지하고 안정적인 SEI를 형성하는 등 전지 성능에 큰 영향을 미친다. 그러나, 특히 실리콘과 같은 차세대 전극 재료의 경우 SEI 및 분해 생성물에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 상용 흑연과 SiOx/C를 음극 활물질로 각각 사용하였고 EC (Ethylene carbonate) : EMC (Ethyl methyl carbonate, 1:1, v/v) 전해액에 5 vol.%의 VC (Vinylene carbonate)를 첨가제로 사용하여 전극에 따른 SEI 형성, 전해질 분해 생성물 및 충방전 전후 구조 차이를 비교 평가하였다. 형성된 SEI는 주사전자현미경 (SEM)과 X선 광전자 분광기 (XPS)를 통해 분석하였으며, 전해액과 전해액 첨가제가 분해되어 소모된 양과 생성된 분해 생성물을 기체 크로마토그래피-질량분석기 (GC-MS)를 통해 확인하였다.