LiFSI은 Al 집전체를 부식시킨다

이번에는 최근 LiPF6을 대체할 염으로 떠오르고 있는 LiFSI( Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide )에 대해 알아보겠습니다.

https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_bis(trifluoromethanesulfonyl) imide

Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide - Wikipedia

 

LiFSI :  Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide

 

LiFSI는 LiPF6에 비해 매우 안정한 염입니다.

물과 반응해서 HF를 생성하는 LiPF6와는 다르게 물과 반응을 거의 하지 않는다고 알려져 있습니다. 즉 HF를 생성할 일이 없는 것입니다.

다만 약점이 있는데, 그것은 바로 양극 집전체인 Aluminium을 부식시키는 것입니다. LiFSI의 FSI- 이온이 Aluminium의 부식에 영향을 미친다고 합니다. 

이와 같은 연구는 아래 논문에서 처음 밝혀내었습니다.

그러나 LiPF6와 같이 사용할 경우에는 Aluminium과 LiPF6의 부동태화로 인하여 부식을 피할 수 있다는 연구결과도 있었습니다.(어디에서 읽었는지 못 찾고 있습니다. - 찾는 대로 추가하도록 하겠습니다)

 

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775308017631

 

A. Abouimrane et al. / Journal of Power Sources 189 (2009) 693–696

 

 

Conclusion

 

아래 내용은 네이버의 파파고님이 번역을 한 내용입니다. 참고가 되었으면 합니다.

 

LiFSI를 사용하면 0.85M의 낮은 몰농도에서조차 12mS/cm를 넘는 이온전도도를 나타냄을 알 수 있습니다.

또한 LiFSI를 사용한 전해액의 점도가 LiPF6를 사용한 점도보다 낮습니다.

또한 안정한 전위창도 5.6V로 매우 넓은 범위에서 사용이 가능한 염임이 분명합니다.

다만 LiFSI가 LiTFSI보다 Aluminium 부식에 조금이나마 안정적일 것이라는 예상과는 다르게 LiFSI를 염으로 사용한 전해액에서는 3.3V 근처에서 Aluminium 부식을 일으키는 것으로 밝혀졌습니다. 동일한 용매에서 LiTFSI를 사용한 전해액의 경우는 3.7V에서 Aluminium 부식이 발생하기 시작한 전압보다 매우 더 낮은 전압입니다. 마지막 내용에서 Chloride ion에 의해 발생된 것인지 추가 조사가 필요하다고 했지만 결론은 LiFSI가 문제인 것으로 밝혀진 것으로 알고 있습니다.( 이 부분은 공부를 더 해야 하는 상황입니다.)

그리고 SUS와도 부식을 한다는 보고가 있습니다. (이 부분도 공부가 필요한 사항이라 차후에 다른 글을 통해 공부내용을 공유해보겠습니다.)

 

 

에틸렌 카보네이트와 디메틸 카보네이트의 1:1 부피에 0.85 M 리튬 비스-플루오로술포닐 이미드(LiFSI)로 구성된 액체 전해질의 성능을 리튬 이온 배터리에 사용하기 위해 평가했습니다. LiClO4 사용을 피하기 위한 LiFSI의 새로운 합성 방법이 개발되었습니다. EC/DMC에서 LiFSI의 용액은 0.85 M 용액의 경우 25 ◦C에서 12 mS cm-1에 도달하는 상당히 허용 가능한 전도도를 갖는 것으로 확인되었습니다. EC/DMC에 용해된 LiFSI를 기반으로 하는 액체 전해질은 Li+/Lio에 비해 5.6V까지 확장되는 예외적으로 넓은 전기 화학 창을 갖는 것으로 관찰되었습니다. LiFePO4 또는 LiCoO2 캐소드 중 하나를 사용한 리튬 및 리튬 이온 셀에서의 사이클링 특성도 매우 고무적이었으며, 75-100 사이클에 걸쳐 매우 우수한 쿨롱 효율과 낮은 내지 중간 용량 페이드를 보였습니다. 그러나 리튬 이온 배터리의 전해질 염으로서 LiFSI에 관심이 있는 주요 이유 중 하나는 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐) 이미드 염(LiTFSI)보다 알루미늄의 부식이 덜할 것이라는 예상이었습니다. 그러나 안타깝게도 이 연구에서 LiFSI 전해질 용액은 3.3 V 대 Li+/Lio에서 알루미늄을 부식시키는 것으로 밝혀졌는데, 이는 동일한 공용매에 용해된 LiTFSI에 대한 Al 부식 시작에 대해 관찰된 3.7V보다 훨씬 더 낮은 잠재력입니다. 그러나 LiFSI에 의한 Al 부식 시작 가능성은 Cl-의 산화에 대해 예상된 것과 매우 가깝고, 결과적으로 관찰된 부식이 실제로 LiFSI에 의한 것인지 또는 합성의 잔류 Cl-에 의한 것인지 확인하기 위해 추가 조사가 필요합니다.