Sn, which has three times higher energy density compared with graphite, has been getting a lot of attention as a next generation anode host material for high performance Li ion batteries (LIBs). However, an extreme Li diffusion induced stress (Li-DIS) induced by expansion/shrinkage during multiple cycle causes outbreak of fracture of Sn active material. Hence, the mechanical deterioration of Sn host materials causes a rapid capacity fading of electrode, which has hindered the popularization of LIBs that use Sn as an active anode material. In this paper, a nanoporous (NP) Sn/$SnO_x$ structure was proposed to improve mechanical stability of Sn host material and facilitate stable formation of solid electrolyte interphase (SEI) layer. The NP Sn/$SnO_x$ structure is expected to exhibit outstanding electrochemical performance in Li ion batteries, since nanoscale Sn/$SnO_x$ ligaments improves mechanical stability of host materials and the $SnO_x$ clamping layer facilitates the formation of stable SEI layer via prevention Sn host materials from direct contact with electrolyte. In practice, 400$^\circ C$ electrode of NP Sn/$SnO_x$ structure with 13~14 nm $SnO_x$ clamping layer and the smallest Sn/$SnO_x$ ligaments size exhibited ~660 $mAhg^{-1}$ at 10th cycle and maintained ~630 $mAhg^{-1}$ at 100th cycle at 0.4 C rate.
기존의 흑연에 비해 3배 높은 에너지 밀도를 가지고 있는 주석은 고성능 리튬 이온 배터리를 위한 차세대 음극 활물질 재료로 많은 관심을 받고 있습니다. 그러나, 장기간의 충방전 기간 동안에 발생하는 팽창과 축소에 의해 유발되는 극심한 리튬 확산 응력은 주석 활물질의 파괴를 유발하였습니다. 따라서, 주석 활물질의 기계적 열화는 전극의 빠른 용량 감소를 야기하였으며, 이는 주석을 활 물질로서 사용하는 리튬 이온 배터리의 대중화를 방해해왔습니다. 이 논문에서는 주석 활물질의 기계적 안정성을 개선하고, 고체 전해질 계면 층의 안정적인 형성을 촉진하기 위해서 나노 다공성 주석/산화주석 구조가 제안되었습니다. 나노크기의 주석/산화주석의 인대는 활 물질의 기계적 안정성을 개선하고 산화 주석 클램핑 층이 주석 활물질이 전해질과의 직접적인 접촉하는 것을 방지함으로써 안정적인 고체 전해질 계면 층의 형성을 촉진하기 때문에 나노다공성 주석/산화주석 구조는 리튬 이온 배터리 분야에 있어서 탁월한 전기 화학적 성능을 나타낼 것으로 예상됩니다. 실제로 13~14 나노미터의 산화주석 클램핑 층과 가장 작은 주선/산화주석의 인대를 가지고 있는 나노다공성 주석/산화주석 구조의 400도 전극은 10번째 주기에서 660정도의 에너지 밀도를 나타내었고, 100번째 주기에서도 630정도의 에너지 밀도를 유지하였습니다.
