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(The) role of electrolyte anions on $Li_2S$ growth realizing high-performance Li-S batteries = 전해질 염에 따른 리튬 설파이드의 성장 원리 분석을 통한 고성능 리튬 황 전지 개발
서명 / 저자 (The) role of electrolyte anions on $Li_2S$ growth realizing high-performance Li-S batteries = 전해질 염에 따른 리튬 설파이드의 성장 원리 분석을 통한 고성능 리튬 황 전지 개발 / Hyunwon Chu.
저자명 Chu, Hyunwon ; 추현원
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2019].
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초록정보

Passivation of a sulfur cathode by uncontrolled growth of insulating lithium sulfide imposes a limitation in achieving high sulfur utilization of lithium-sulfur batteries. In electrolytes based on solvents with high Gutmann Donor Number, sulfur utilization can be augmented; however, this approach reveals the drawback of violent lithium metal corrosion. Here we report that particulate lithium sulfide growth can be achieved when using a salt anion with a high donor number such as bromide or triflate. The use of bromide leads to ~95 % sulfur utilization by suppressing electrode passivation. More importantly, the electrolytes with high-donor number salt anions are notably compatible with lithium metal electrodes. The approach enables a high sulfur-loaded cell with areal capacity higher than 4 mA h $cm^{-2}$ and high sulfur utilization (> 90 %). This finding offers a simple but practical strategy to modulate lithium sulfide growth mode, while conserving the stability for high-performance lithium-sulfur batteries.

리튬-황 전지는 1675mAh $g^{-1}$의 높은 이론 용량과 원료 물질의 가격경쟁력을 바탕으로 현행 리튬 이온 전지의 대체 물질로 각광받고 있다. 그러나 기존 리튬 삽입형 층상 구조 양극과 달리 황을 활물질으로 하는 양극의 경우 방전 및 충전 과정 중 다양한 화학 종간의 전환 반응이 존재하고, 최종 방전생성물인 리튬 설파이드 ($Li_2S$) 의 전극 내 불규칙한 축적으로 인해 전극간의 전기적 단락을 유발하게 된다. 따라서 이론 용량의 최대 사용이 제한되는 상황이다. 따라서 본 연구에서는 리튬 설파이드의 전극 내 해리도와 이동도를 높일 수 있는 높은 전자 기여도 (Gutmann Donor Number)를 가진 전해질 염 (LiTf, LiBr) 을 현재 LiTFSI 염을 대체하여 사용함으로써 부도체인 리튬 설파이드의 전극 위 3차원 성장을 유도하였고, 이를 통해 전극의 부동화를 늦추어 이론 용량의 92 % 에 달하는 높은 방전 용량을 ~100 cycle 동안 유지하는 고성능 리튬-황 전지를 개발하였다.

서지기타정보

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청구기호 {MCBE 19030
형태사항 iv, 67 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 추현원
지도교수의 영문표기 : Hee-Tak Kim
지도교수의 한글표기 : 김희탁
수록잡지명 : "Achieving three-dimensional lithium sulfide growth in lithium-sulfur batteries using high-donor-number anions". Nature Communications, in press, (2019)
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 References : p. 58-66
주제 Lithium-sulfur battery
high sulfur utilization
$Li_2S$ electrodeposition
3D growth
donor number
salt modification
solution-mediated reaction
리튬 황 전지
고황유용 전지
전자 기여도
리튬 설파이드 도금
3차원 성장
전해질 염 제어
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