고용량 실리콘 음극을 위한 고강도 가교형 고분자 바인더 개발 (Development of Crosslinked 3D Network Binder for High-performance Silicon Anode Lithium-ion Battery)

서지정보

· 발행기관 : 한국전지학회
· 수록지 정보 : 한국전지학회지 / 4권 / 2호 / 101 ~ 106페이지
· 저자명 : 송우진, 이신영

초록

실리콘은 높은 이론 용량 (4200 mAh g−1)과 낮은 작동 전압으로 차세대 음극 소재로 각광 받고 있다. 그러나 반복적인 충·방전 안의 부피 팽창은 급속한 용량 저하를 초래하여 상용화에 제한을 둔다. 이러한문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 폴리아크릴산과 붕산을 이용해 가교된 고강도의 바인더를 개발함으로써실리콘 음극의 문제점인 부피 팽창을 효과적으로 억제시켰다. 그 결과, 가교된 구조의 PAA-B 바인더의 실리콘 음극은 150 사이클 후에도 2239 mAh g−1의 고용량과 쿨롱 효율은 약 98%, 그리고 90%의 용량 유지율을 보여주며 우수한 수명 특성을 나타냈다. 또한 율속 평가를 통해 기존의 PVDF 및 PAA 바인더 보다 향상된 사이클성능을 확인할 수 있다.

영어초록

Silicon has attracted attention as an anode in high energy density Li-ion batteries owing to itshigh theoretical capacity and low operating voltage. However, silicon suffers from rapid capacity decay dueto the large volume change during a repeated charging and discharging process. To resolve these issues, thedesign of binders may play an important role in preventing huge volume changes for long cycle life. In thisstudy, the crosslinked polymer, composed of boric acid (BA) and poly (acrylic acid) (PAA) was utilized as asilicon-based anode binder. By forming a three-dimensional (3D) network structure of abundant hydroxyl groups ofBA and carboxyl groups of PAA, the cycle performance can be improved by suppressing the volume expansion ofsilicon. The silicon anode with BA-derived PAA binder accomplished 97.83% of the high-capacity retentionwith 2275 mAh g−1of the high capacity after 150 cycles. This study has the potential that the BA-derivedcrosslinked polymers are promising as the silicon binder in high-performance Li-ion batteries.

참고자료

· 없음