The lithium metal anode has garnered attention as a next-generation battery material due to its high energy density compared to graphite. Nevertheless, its commercialization faces challenges owing to the high reactivity of lithium metal and the formation of dendrites. Various strategies proposed for inhibit dendrite growth, but simultaneously acting additive that can work at the electrode-electrolyte interphase and within the electrolyte have been relatively unexplored. This study designed and synthesized an electrolyte additive forming nanofibers through supramolecular polymerization. The introduced supramolecular nanofiber electrolyte additive coordinates with lithium ions, altering the solvation structure of lithium ions. The nanofibers within the electrolyte serve as channels with aligned side chains, inducing rapid conduction of lithium ions and resulting in high ion conductivity. Additionally, at the electrode interphase, the weak interaction between side chains and lithium ions facilitates easy detachment of lithium ions. Based on these properties, supramolecular nanofiber additive enhances lithium metal batteries performances compared to conventional electrolytes.
리튬 금속 음극은 흑연 대비 높은 에너지 밀도를 가질 수 있어 차세대 배터리 소재로 주목받고 있지만, 리튬 금속의 높은 반응성과 이로 인한 덴드라이트 형성으로 상용화에 어려움을 겪고 있다. 다양한 전략들이 제시되었지만 전극 계면과 전해질에서 동시에 작용할 수 있는 전해질 첨가제는 많은 연구가 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 초분자 중합을 통해 나노파이버를 형성할 수 있는 전해질 첨가제를 디자인해 설계, 합성하였다. 도입한 초분자 나노파이버 전해질 첨가제는 리튬 이온과 상호작용하여 리튬 이온의 용매화 구조를 변화시킨다. 전해질 내 초분자 나노파이버는 정렬된 곁사슬이 빠른 리튬 이온의 이동을 유도하는 채널 역할을 하여 높은 이온 전도도를 가지게 한다. 또한 전극 계면에서도 곁사슬과 리튬 이온 간의 약한 결합으로 인한 리튬 이온의 쉬운 해리를 확인하였다. 이러한 특성을 기반으로 하여 리튬 금속 배터리의 성능이 기존 전해질 대비 향상되었음을 확인하였다.
