리튬이온전지 용매에 따른 DCIR 및 SEI 특성

용매 물성을 통해 전해액 조성의 근간인 용매의 양이 DCIR을 어떻게 변화시킬 것인가에 대한 분석을 해보았습니다.

 

 

1. 📊 용매별 물성 데이터 요약

용매의 물성표

• EC: 높은 유전율과 점도 → 염 해리도 우수, SEI 형성에 핵심
• EMC/DEC: 낮은 유전율과 점도 → 이온 이동성은 좋지만 SEI 형성에는 불리

2. 🔋 DCIR에 영향을 미치는 주요 요인

• 전해질 물성: 유전율↓ → 이온쌍↑ → 자유 이온↓ → 오믹 저항↑
• 점도: 낮을수록 이온 이동성↑ → 오믹 저항↓
• SEI 특성: 두꺼워지고 불균일할수록 계면 저항↑
• 탈용매화 에너지: 높을수록 Li⁺가 전극에 도달하기 어려움 → 전하 전달 저항↑
• 온도/SOC/SOH: 운용 조건에 따라 DCIR 변화

3. 🧪 SEI 형성 경향 및 탈용매화 에너지

 

용매의 물성

 

• EC: 강한 Li⁺ 결합 → 안정적 SEI 형성
• EMC: 결합력 약해 탈용매화는 쉬우나 SEI 품질이 낮아 지속적 분해 유도 → DCIR 상승

4. 🧩 복합 용매 효과와 High-Entropy Electrolyte

 

HEE 개념

• 복합 용매 효과: 다양한 용매 혼합 → Li⁺ 솔베이션 구조 다양화 → 특정 용매에 대한 결합 약화 → 탈용매화 에너지↓
• High-Entropy Electrolyte: 위 개념을 엔트로피 관점에서 체계화한 용어
• 두 개념 모두 계면 저항 감소, DCIR 저감에 기여

HEE

 

5. 📈 EMC 비율이 높은 조성에서 DCIR이 증가하는 이유

• EMC 비율↑ → 유전율↓ → 이온 해리↓ → 오믹 저항↑
• SEI 품질↓ → 지속적 분해 → 두꺼운 SEI → 계면 저항↑
• 결론: EMC가 많으면 탈용매화는 쉬우나, SEI가 불안정해져 DCIR이 오히려 상승 (SEI가 두꺼워지지만 안정적이지 않으므로 계속 생성이 이루어질 수 있음)

 

6. ⚡ 오믹 저항이란?

• 정의: 전류가 물질을 통과할 때 생기는 순수한 전기적 저항
• 구성: 전해질 저항, 전극 내부 저항, 집전체 접촉 저항 등
• 특징: 온도·농도·점도에 따라 변화하며, 계면 반응과는 별개
• DCIR 측정 시: 오믹 저항 + 계면 저항이 함께 포함됨