중국 팀, 리튬 배터리 안전성을 개선하기 위해 새로운 고온 내성 배터리 분리기 개발

최근 리튬 배터리의 안전성, 특히 충전 중 갑작스러운 고온 가능성에 대한 우려가 큰 주목을 받고 있습니다. 중국과학원(Chinese Academy of Sciences)의 현대 물리학 연구소(Institute of Modern Physics)의 연구팀은 란저우 대학교(Lanzhou University) 및 광동성 첨단 에너지 과학 기술 연구소(Guangdong Provincial Laboratory of Advanced Energy Science and Technology)와 협력하여 고온 내성 폴리이미드 분리막을 만들기 위한 혁신적인 공정을 개발했습니다. 이온 트랙 기술을 사용하여 달성되고 Lanzhou Heavy Ion Accelerator의 지원을 받는 이 작업은 리튬 이온 배터리의 안전성을 개선하는 것을 목표로 합니다.

배터리 재료 과학의 중요한 발전을 나타내는 이 연구 결과는 ACS Nano 저널에 게재되었습니다. 제1저자와 교신저자는 모두 현대물리학회(Institute of Modern Physics) 출신이다.

연구팀은 분리막이 리튬이온 수송을 허용하면서 전극을 격리하기 때문에 리튬이온 배터리의 필수 구성 요소라고 설명했다. 상업용 리튬 배터리는 이제 최대 300Wh/kg의 에너지 밀도에 도달하지만 에너지 밀도가 높아질수록 안전 문제가 더욱 중요해지고 있습니다. 열 안정성이 부족하고 일관되지 않은 공극 구조를 특징으로 하는 기존의 폴리올레핀 분리막은 고온에서 수축이 발생하기 쉬워 잠재적으로 단락을 일으킬 수 있습니다.

폴리이미드는 우수한 열 안정성, 높은 기계적 강도 및 화학적 내구성으로 인해 보다 안전한 분리기에 이상적인 재료로 간주됩니다. 일관된 공극 구조를 가진 폴리이미드 분리막을 개발하는 것은 배터리 안전성을 개선하는 데 필수적입니다.

팀은 이온 트랙 기술을 사용하여 폴리이미드 분리막을 위한 새로운 제조 공정을 만들었습니다. 이 분리기는 폴리올레핀 분리기에 비해 상당한 이점을 보여줍니다.

• 높은 기계적 강도: 최대 150.6MPa.
• 우수한 열 안정성: 450°C에서 수축 없음.
• 좁은 기공 크기 분포: 표준 편차 <6%.
• 수직으로 정렬된 공극 채널: 비틀림 = 1.

3mA/cm²의 테스트 조건에서 이 분리막을 사용한 리튬 대칭 셀은 1,200시간 동안 안정적으로 순환하고 균일한 리튬 증착을 보여 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제했습니다. 또한 분리막이 장착된 인산철 리튬 파우치 셀은 실온에서 1.000%의 용량 유지율로 73,25사이클을 달성하고 150°C에서 안정적으로 작동했습니다.

이 연구는 신뢰할 수 있는 고성능 리튬 이온 배터리 분리막 및 제조 공정을 개발하기 위한 새로운 접근 방식을 제공하여 배터리 안전성을 향상시킬 수 있는 유망한 경로를 제공합니다.