리튬이차전지의 젖음성 향상

리튬이차전지의 젖음성 향상 ( Wettability improvement )

젖음성이란 무엇일까요?

 

"젖음이란 고체의 표면에 액체가 부착되었을 때, 고체와 액체 원자간의 상호 작용에 의해 액체가 퍼지는 현상을 말한다." 라고 설명을 하고 있습니다.

 

최근 우리가 주로  사용하는 에너지저장장치는 대부분이 리튬이온전지입니다. 

 

수용액을 사용하는 1V급의 전압을 가진  기존 전지와는 다르게, 리튬이온전지는 3~4.5V급 전압에서 구동되는 에너지저장장치로서 전해액은 에틸렌 카보네이트(Ethylene Carbonate : EC), 프로필렌 카보네이트(Propylene Carbonate : PC), 에틸 메틸 카보네이트(Ethyl Methyl Carbonate : EMC), 디메틸 카보네이트(Dimethyl Carbonate : DMC), 디에틸 카보네이트(Diethyle Carbonate : DEC) 등 유기용매를 사용합니다. 위에 나타낸 용매들은 점도가 높은 편입니다.

 

아래 표는 리튬이온전지 전해액에 주로 사용되는 용매의 물성표입니다.

 

최근 전지가 점점 대형화되면서 전극도 점점 두꺼워지고, 고밀도로 압착하는 추세인데 이러한 이유로 젖음성이 매우 중요합니다.

물은 점도가 0.1 cP 정도로 매우 낮습니다. 그래서 수용액을 전해액으로 사용하는 전지에서는 젖음성에 대해 고민할 필요가 크지 않습니다. 물은 전극활물질 안으로 잘 스며드니, 전해액을 투입하고 놔두면 자연스럽게 모두 젖게 됩니다.

그에 비해 유기용매의 점도는 물에 비해 5~25배가량 높습니다. 이에 따라 전극에 전해액이 흡수도 잘 되지 않아서, 전해액 주입공정에 차이가 있습니다. 진공을 사용하여 전극 내에 있는 기포를 제거하고 진공을 해제하면서 빈 공간에 전해액이 들어갈 수 있도록 하는 공정도 있습니다.

 

용매의 물성 ( Properties of solvents for Lithium Ion batteries )

 

공부를 안하다가 책상에서 읽어주세요 하고 굴러다니는 전해액의 바이블을 들쳐볼 기회가 있어서 넘기다 보니 195 page에 Additives for wettability improvement 라는 항목이 있네요. 무엇인가 나올 것 같아서 읽어봅니다.

 

Electrolytes for Lithium and Lithium-Ion Batteries

 

큰 기대를 안고 읽어 봤습니다만 별다른 내용은 없었습니다.

 

"1989년 Asahi Kasei 에서 긴 사슬의 지방족, 방향족 Phosphate 가 wetting에 효과가 있는 것을 발견했다"는 내용과 여러가지 사례 뿐입니다.

 

해당 내용에 대한 참고문헌을 보니 특허입니다. 아!.익숙한 이름이 보이네요. Yoshino Akira. 2019년 노벨화학상 수상자입니다. 지금 우리가 쓰고 있는 리튬이온이차전지의 마지막 퍼즐을 맞추신 분이네요. 이 퍼즐이 맞춰져서 Sony에서 1991년에 리튬이온이차전지의 상용화에 성공을 했습니다.

나중에 찾아보시라고 참고문헌을 표시해두겠습니다.

 

- Ono, A. : Yoshino, A., Non-aqueous battery; JP Patent 2,110,644(H5-86032) ( Asahi Kasei Co.) : 1990 (applied in 1989)

 

전지업계는 얽히고 설켜서 유명한 사람들은 어디에나 이름이 보입니다. 이런 연구도 하셨군요.

 

2019년 노벨화학상 수상자

 

뭔가 큰 것을 기대하셨다면 죄송스럽습니다.

 

그래도 뭔가 도움이 되셨기를 바랍니다.

 

이것으로 글을 마치겠습니다.

 

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