전해액 원리

> 전해액 원리

• 전해액은 리튬이온 양극과 음극 사이 잘 이동할 수 있게 하는 물질임
• 리튬염, 용매, 첨가제로 구성됨
• 리튬염은 리튬이온이 지나갈 수 있는 이동통로임
• 용매는 염을 용해시키기 위해 사용되는 유기액체임
• 첨가제는 용매와 반응해 보호막을 만들어 불순물 생성 억제, 양극재 표면 보호 역할을 함
• 전통적 리튬염은 LiPF6 - 음이온 크기가 크고 이온전도도 우수했어야 함
• 현재는 고출력을 위해 LiFSI, LiPO2F2, LiDFOP 등을 첨가해 사용함
• 최근 가장 많이 쓰이는 리튬염은 LiBF4, LiFSi임
• 용매는 고리형 카보네이트(EC, PC 등)을 기본용매로 하고, 사슬형 카보네이트(DMC, DEC, EMC 등)을 보조용매로 사용함
• 기본 용매는 전기장 세기가 작아지는 유전율이 높아 리튬염을 녹여 양/음이온이 쉽게 분리됨
• 하지만, 점도가 높아 전해액 내 리튬 양이온의 빠른 이동을 방해함
• 이에 점도가 낮은 보조 용매를 첨가함
• 전해액 = 리튬염(LiPF6, LiFSI, LiPO2F2, LiDFOP, LiBOB 등) + 유기용매(EC, PC, DMC, DEC, EA, MP, EP, PP 등) + 첨가제(VC, FEC, VEC, PS, SN, ADN, RPS, DTD 등)
• 첨가제는 Sn(Succinonitrile), An(Adiponitrile), VC(Vinylidene Carbonate), Phosphazene 화합물이 있음
• 모든 첨가제의 공통 성질은 리튬염과의 공융 혼합이며, 그렇지 않으면 리튬염 자체가 불순물이 됨
• Sn은 Cu 용출 방지, 저휘발성, 열적 안정성, 리튬염과의 공융 혼합 우수 특징이 있음
• An은 고에너지밀도, 낮은 가연성 및 인화성, 리튬염과의 공융 혼합 우수 특징이 있음
• VC는 음극표면과 SEI으로 리튬이온은 통과, 전자는 불통과 특징이 있음
• Phosphazene 화합물(히시콜린 난연제)는 기본 골격은 인과 질소로 구성되며, 전지 특성을 손상시키지 않으며 난연(연소 시 연기를 내지 않는 성질) 및 불연(화염에도 타지 않는 성질) 효과가 있음
• Sn과 An이 VC 등에 비해 에너지 밀도와 장수명, 저휘발성, 안전성 우수, 용량 증대 용이하게 대응함
• 전해액 제조공정으로는, 각 개별 액체를 보관하고, 레시피 대로 무게를 잰 후 블렌딩 작업 및 미세입자 필터링을 한 뒤, 무게를 재고 패킹, 용기에 담은 후 수분 유입 등 용기 관리를 함