고체 전해질을 사용하는 전고체 리튬이차전지(ASSLB: All-Solid-State Lithium Battery)는 기본적으로 안전성 염려를 해소할 수 있으며, 전기화학적 안정성 창도 5V(리튬전극 대비)까지 확장할 수 있어서 고전압용 양전극 소재의 활용이 가능해지고, 따라서 전지의 에너지밀도 향상도 가능하다. 또한 리튬금속 음전극과 유황 혹은 산소 양전극 등 대용량 전극소재를 사용할 수 있어 리튬-유황(Li-S) 전지, 리튬-공기(Li-O2) 전지 등의 차세대 리튬이차전지 시스템으로 확장이 가능하다. 특히 리튬금속 음전극, 고체 전해질 및 변환성 양전극(S, O2 등)으로 구성되는 차세대 리튬 이차전지 시스템은 최대 에너지밀도(450Wh/kg 및 700Wh/L)와 최대 출력밀도(500W/kg 및 1000W/L)의 실현을 목표로 연구개발 중이다(유럽연합의 SET-Plan Action 7의 2030년 목표 기준)[1,2].
이 동향분석에서는 현재 개발 중인 리튬이차전지용 고체 전해질을 소재별로 분류하고, 소재의 고유 성질에 따르는 각 고체 전해질의 물성, 특히 전기화학적 특성과 각 고체 전해질을 적용한 ASSLB의 성능에 관한 연구동향을 알아본다. 전극 내부에 고체 전해질이 참여하는 복합전극을 사용하는 ASSLB의 전기화학적 성능 개선을 위해 전극-전해질 계면 및 입자 간 계면의 안정성 및 최적화 조건에 관한 논의도 추가한다. 또한 리튬금속 음전극과 고체 전해질이 적용되는 차세대 리튬이차전지로 유망한 Li-S 및 Li-O2 전지의 현재 연구동향과 추후 전망도 개관하며, 추가적으로 ETRI의 고체 전해질 관련 연구동향도 소개한다.
ABSTRACT
Technologies for lithium secondary batteries are now increasingly expanding to simultaneously improve
the safety and higher energy and power densities of large-scale battery systems, such as electric vehicles
and smart-grid energy storage systems. Next-generation lithium batteries, such as lithium-sulfur (Li-S) and
lithium-air (Li-O2) batteries by adopting solid electrolytes and lithium metal anode, can be a solution for the
requirements. In this analysis of battery technology trends, solid electrolytes, including polymer (organic),
inorganic (oxides and sulfides), and their hybrid (composite) are focused to describe the electrochemical
performance achievable by adopting optimal components and discussing the interfacial behaviors that
occurred by the contact of different ingredients for safe and high-energy lithium secondary battery systems.
As next-generation rechargeable lithium batteries, Li-S and Li-O2 battery systems are briefly discussed
coupling with the possible use of solid electrolytes. In addition, Electronics and Telecommunications
Research Institutes achievements in the field of solid electrolytes for lithium rechargeable batteries are finally
introduced.
KEYWORDS
리튬이차전지, 고체 전해질, 전극-전해질 계면, 리튬금속 전극, 전기자동차
* 출처 : ETRI 전자통신동향분석 제36권 제3호
* 자세한 내용은 첨부파일을 참고하여 주시기 바랍니다.
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