부산대학교 도서관

Recent interest in solid-state lithium batteries prevails in the battery community because of their superiority in terms of safety concerns. Many works have been reported for electrodes and electrolytes and their suitability for solid-state polymer electrolytes to adopt in lithium batteries. Herein, for the first time, we report on the electrochemical stabilities of Cu and Al current collectors in a polyethylene oxide (PEO)-based solid-state electrolyte containing lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) salt. Our work on the electrochemical dynamic- and transient-mode polarization of these electrodes indicates that Cu metal undergoes Cu–O passivation below 3 V. And it is further confirmed that Al metal passivates stably even up to 5 V; namely, the Al surface forms double layers of the outer Al–F and inner Al–O layers. These F- and O-based layers are attributed to the combination of the Al and O from the reductively decomposed PEO and further progress of Al2O3 and HF (H+ + F− → HF), decomposed from the PEO (H+) and TFSI− (F−). Therefore, we verify that successful passivation on Cu and Al metal surfaces facilitates their suitability as current collectors for solid-state polymer lithium batteries.
액체 전해액에 비해 고체 전해질은 안전성 측면에서 매우 우수하여, 최근에는 리튬 고체 이온 전지에 대한 관심이 높아지고 있다. 다양한 전해질에 대한 많은 연구가 보고되었으며, 고체 고분자 전해질은 뛰어난 기계적 강도, 유연성 및 쉬운 공정과 같은 장점을 갖추어 리튬 고체 이온 전지에 적합하다. 본 논문에서는 높은 부식성을 가진 LiTFSI 염을 함유하는 PEO계 고체 고분자 전해질 내에서 구리 및 알루미늄 집전체의 전기화학적 안정성에 대해 처음으로 보고한다. 전기화학적으로 dynamic-, transient-mode polarization를 분석하여, 구리 금속은 3 V 이하에서 Cu-O 패시베이션을 형성하는 것을 밝혀냈고, 알루미늄 금속은 5 V까지 안정적으로 패시베이션을 형성한다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 알루미늄 표면은 외부 Al-F 층과 내부 Al-O 층의 이중층을 형성한다. 이러한 F- 및 O- 기반 층은 환원 분해된 PEO와 O- 층이 상호 작용으로 밝혀졌다. 즉, PEO (H+) 및 TFSI- (F-) 로부터 분해된 HF (H+ + F- → HF)와 Al2O3의 반응으로 인해 AlF층이 생성된 것이다. 이러한 결과로, 구리와 알루미늄 금속 표면에서 PEO계 전해질과의 성공적인 패시베이션을 확인함으로써 고체 고분자 리튬 이온 배터리의 집전체 적합성을 입증하고 사용가능한 안정한 전압 범위를 제시하였다.