전통적인 상업용 분리막을 사용하여 리튬 배터리를 특정 횟수만큼 순환한 후에는 리튬 금속 양극 표면에 "콜리플라워 같은" 리튬 수상돌기가 많이 나타납니다. 리튬 덴드라이트는 리튬 금속 배터리에서 흔히 발생하는 문제입니다. 이는 배터리 단락을 일으킬 뿐만 아니라 배터리 노화 과정을 가속화합니다.
최근 중국과학원 현대물리연구소 재료연구센터 과학연구팀과 공동연구자들이 개발한이온 추적 기술을 기반으로 한 다기능 배터리 분리막 - 이온 관리 멤브레인(IMM)입니다.
이온관리막(오른쪽)과 기존 다공성 분리막(왼쪽) 양극 표면의 이온 전달 특성과 리튬 증착 거동의 모식도
이온 관리막(IMM)과 마주보는 양극 표면에는,명백한 리튬 수지상 성장 없이 보다 조밀하고 균일한 리튬 증착이 달성됩니다.
기존의 다공성 분리막(PPS)의 기공 구조는 기공 직경과 기공 길이가 일관되지 않아 분리막 기공 아래 리튬 이온 농도 분포가 고르지 않은 것으로 나타났습니다.
이 이온 관리막은 균일한 기공 크기를 갖는 전기 음성 나노 기공이 수직으로 배열되어 균일한 리튬 이온 농도 분포를 나타냅니다.
간단히 말해서, 리튬 이온이 배터리 내에서 보다 원활하고 효율적으로 이동할 수 있도록 하여 배터리 성능을 향상시키고, 충전 속도를 높이며, 수명을 연장시킵니다.
이온 관리 멤브레인은 수상돌기 성장이 없는 리튬 금속 양극을 달성하는 데 도움이 됩니다.
중국과학원은 특정 조건에서 이 이온 관리막이 리튬 배터리의 수명을 1,200시간까지 연장할 수 있다고 밝혔습니다. Li/LiFePO4 배터리의 경우 이 공정은 1,000사이클 후에도 79.84%의 용량을 유지할 수 있습니다.
본 연구는 고성능 리튬메탈 배터리의 안전성 문제 해결은 물론 다기능 배터리 분리막의 설계 및 개발에 대한 새로운 아이디어를 제공합니다.
논문정보 : https://doi.org/10.1002/aenm.202401377