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리튬 금속 전극상 고분자/무기물 나노복합막 형성: 리튬층의 효과적 표면성장 제어 및 전기화학적 특성 향상 KCI 등재
Polymer/Inorganic Nanohybrid Membrane on Lithium Metal Electrode: Effective Control of Surficial Growth of Lithium Layer and Its Improved Electrochemical Performance
리튬 덴드라이트의 효과적인 억제를 위해 유/무기 복합체를 리튬메탈 전극의 보호층으로 사용하였다. 유기물로는 PVDF-HFP가 사용되었으며 무기물로는 TiO2가 사용되었다. 유기물로 사용된 PVDF-HFP는 높은 유연성을 가지는 고분자로서 무기물의 matrix 역할을 하며, 무기물로 사용된 TiO2 나노입자는 보호막의 기계적 강도와 이온전도성을 향상시켜주는 역할을 하였다. 합성된 보호막은 SEM, AFM, XRD를 통하여 PVDF-HFP matrix에 TiO2가 잘 분산되어 있는 형태인 것을 확인할 수 있 었다. 또한 전기화학적 분석 결과, 향상된 기계적 물성과 이온전도성으로 인해 polymer-inorganic composite은 비교 샘플(untreated 와 PVDF-HFP 보호층) 대비 100번째 사이클까지 80%의 높은 쿨롱 효율 및 20 mV 미만의 낮은 과전압을 나타내었다.
Polymer/inorganic composites were used as a protective layer of lihitum metal electrode for effective suppression of lithium dendrite. PVDF-HFP was used as an polymer material and TiO2 nanoparticle was used as an inorganic material. PVDF-HFP is a highly flexible polymer that acts as a matrix of inorganic materials while TiO2 nanoparticle improves the mechanical strength and ion conductivity of the protective layer. The as-synthesized protective hybrid membrane exhibited good dispersion of TiO2 in the PVDF-HFP matrix by SEM, AFM and XRD analyses. Furthermore, the electrochemical analysis showed that the polymer-inorganic composite retained high coulombic efficiency of 80% and low overpotential, less than 20 mV until the 100th cycles due to the improved mechanical properties and ion conductivity in comparison to the control sample (untreated and PVDF-HFP polymers/Cu).
Abstract
1. Introduction
2. Experimental
2.1. Materials and reagents
2.2. Material syntheses
2.3. Material characterizations
2.4. Electrochemical characterizations
3. Results and Discussion
3.1. Design of PVDF-HFP@TiO2 hybrid membrane
3.2. Material characterization of PVDF-HFP@TiO2 hybrid membrane
3.3. Electrochemical analysis
4. Conclusion
Reference
