Silicon oxycarbide glass coating for silicon anodes in lithium ion batteries

Abstract

실리콘은 음극 활물질 중 가장 높은 이론 용량 (4200 mAh/g)을 지니고 있어 탄소계 물질의 뒤를 이을 차세대 음극 소재로 각광 받고 있다. 그러나 실리콘은 충-방전 과정 시 큰 부피 변화를 야기하여 분쇄, 불안정한 고체-전해액 계면 형성과 같은 퇴화 거동에 의해 사이클 특성이 나빠지는 문제점이 있다. 상기 단점을 극복하기 위해 나노 구조화 및 탄소 복합체 형성 등을 시도하고 있지만 여전히 미해결의 과제로 남아있다. 이에 본 연구는 상용화 가능한 분무 열분해 공정을 통해 실리콘 옥시카바이드 글라스를 실리콘 나노 입자에 코팅하여 복합체 형성을 통해 상기 문제점을 해결하였다. 실리콘 옥시카바이드 글라스는 충-방전 과정 시 실리콘과 함께 부피 변화 과정을 통해 완충 역할을 할 뿐만 아니라, 형태가 붕괴되지 않고 유지되어 안정적인 사이클 특성을 갖는다. 이와 더불어 상기 전기화학적 성능이 우수한 이유를 ex-situ 분석기술을 통해 명확히 규명하였다.