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1. 고체 고분자 전해질
- 1975, Wright 등에 의해 PEO (Polyethyleneoxide)와 알칼리염을 사용하여 처음 개발
- 전해질 개발 후, 1978년 Armand 등에 의해 고분자 전해질의 리튬 전지 및 전기화학에의 응용 시작
- 극성 그룹을 갖는 고분자와 격자에너지가 작은 금속염으로 구성되어 유기 용매를 사용하는 겔 고분자 전해질과 차이 존재
- 사용하는 고분자로는 PEO, POM (polyxymethylene), PPO (Polyphenyleneoxide)
2. 고체 고분자 전해질 장단점
장점
- 1. 전극 계면과 밀착성 우수
- 2. Roll to roll 공정 용이
- 3. 기존 액체 전해질 기술과 유사하여 활용성이 높아 제조 원가가 저렴
- 4. 리튬 메탈과 안정적인 반응성
- 5. 웨어러블 전자기기의 주요 부품 적용 가능
단점
- 1. 고체상태로서 상온에서 높은 결정성으로 인해 낮은 리튬 이온 전도도
- 2. 높은 계면 저항
- 3. 고온 환경에서만 사용 가능
- 4. 고전압에서 불안정
3. 플렉서블 배터리 적용
- 폴리머 전고체전지는 플렉서블 배터리를 구현해 웨어러블기기 등에 응용하기 적합
- 상용화를 위해서는 Bending 특성, 용량 성닝이 향상돼야 하고, 플렉서블 파우치 개발 필요
- 고체 고분자 전해질의 유연한 특성으로 플렉서블 배터리에 적합
- 전지 소재 측면에서는 고체 전해질의 이온전도도와 기계적 물성을 향상시키고, 전극과 전해질 간 계면저항을 개선시키며, 고체 전해질 기반의 전지 두께를 극소화해야 함.
4. 고체 고분자 전해질 연구
- 고무처럼 신축성이 탁월한 엘라스토머 내부에 리튬 이온전도도가 매우 높은 플라스틱 결정 물질을 3차원적으로 연결한 엘라스토머 고분자 고체 전해질 개발
- PEO 기반의 고분자 전해질에 비해 100배 정도 향상된 이온전도도 보유
- 고무처럼 신축성이 우수한 전해질은 전지 충/방전시 안정성에 가장 큰 문제가 되는 리튬 덴드라이트의 성장 억제
5. 겔 고분자 전해질
- 고겔 고분자 전해질은 1975년 Feuilade와 Perche에 의해 처음 개발
- 극성기를 갖는 고분자, 전해질염 (리튬염), 유기용매로 구성
- 폴리머 : 겔의 고체 형상을 제공, 전해질염과 유기용매들을 응집된 겔 구조로 유지시켜줌, 주로 사용되는 고분자로 폴리에틸렌옥사이드 (PEO), PVDF, PAN 등
- 전해질염 : 겔 내에서 이온들이 이동할 수 있도록 함. 리튬 이온 전지의 경우 리튬염을 사용. 다양한 응용 분야는 알칼리 금속염들이 사용됨.
- 유기용매 : 용매는 이온들을 상호작용하고 운반할 수 있도록 유동성을 제공. 저점도와 높은 화학적 안정성을 지님.
6. 리튬-겔 폴리머 배터리 vs 리튬-폴리머 배터리
(1) 리튬 - (겔) 폴리머 배터리 (겔 형태의 전해질)
- 리튬 이온 배터리와 동일한 형태. 전해액이 액체인 리튬이온과 달리 전해액이 푸딩 형태의 겔-폴리머 전해질 사용
- 장점: 푸딩 형태의 고분자이기 때문에 발화의 가능성이 낮음
- 단점: 이온전도도의 한계가 있어 출력이 약함, 고분자를 사용해서 가격이 비쌈
- 아직 상용화가 되지 않음
(2) 리튬 - 폴리머 배터리 (폴리머가 포함된 액체 전해질)
- 리튬 이온과 내부는 동일하나 최외각 부분을 폴리머 막 사용
- 장점: 값이 싸고 고출력에 유리하며 대량생산에 용이
- 단점: 전해질이 액체이기에 발화 가능성, 과충/방전 시 발생하는 스웰링 (swelling) 현상이 충격을 가하더라도 발생할 수 있음
- 일반적으로 리튬 폴리머 배터리를 칭함
7. 리튬 폴리머 배터리의 제조
- 판상구조이기 때문에, 리튬이온 전지의 공정에서 나오는 구불구불한 작업 불필요. 형태에 따라 알맞은 모양 얻을 수 있음.
- 전해액이 모두 일체화된 셀 내부에 주입되어 있어 노출되는 전해액이 없음
- 셀 제조 시, 압력이 불필요하여 팩으로 제작 용이
8. 리튬 이온 배터리 vs 리튬 폴리머 배터리
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