실리콘 기반 음극의 팽윤 완화 및 고밀도화 소재·구조 공학

Materials and structural engineering for silicon-based anodes to mitigate expansion and enable high areal capacity

연구 내용

실리콘 음극의 부피팽윤과 전기적 접촉 저하를 완화하기 위해 CNT·그래파이트 조합과 요크-쉘/브리지 구조를 설계하고, 폐실리콘 기반 원료 저가화로 고밀도 음극을 구현하는 연구

실리콘 음극은 충·방전 중 부피팽윤으로 전극 균열과 전기적 단절이 발생해 성능 저하를 유발합니다. 본 연구는 CNT 도입을 통해 전극 팽윤 거동과 전하 이동 경로를 재구성하고, 실리콘/그래파이트 전극의 조성·구조 전략을 비교 평가하여 안정적인 사이클 거동을 확보합니다. 또한 요크-쉘 설계의 공극을 팽윤 완충 공간으로 활용하되, 탄소 브리지로 코어-쉘 전기적 접촉과 리튬화/탈리 동역학을 보강하는 방향으로 연구를 수행합니다. 동시에 폐실리콘을 활용한 원료 저가화 기술로 공정성과 경제성을 함께 고려하는 연구를 진행합니다.

관련 프로젝트

3건

연구 흐름

초기에는 실리콘 기반 리튬이온 전극에서 CNT가 전극 팽윤과 구조 변화에 미치는 영향을 관찰하고, 전기화학적 성능과의 상관을 정리하는 방향으로 연구가 진행되었습니다. 이후에는 실리콘/그래파이트 음극 조합에서 작동 전략의 효율을 체계적으로 평가하며, 안정성과 발현 성능을 동시에 끌어올릴 수 있는 설계 규칙을 도출했습니다. 최근에는 요크-쉘 구조의 내·외부 접촉 문제를 탄소 브리지로 해결하는 구조 설계로 확장했으며, 폐실리콘을 원료로 한 회수·과립화 기반 저가화 공정을 연계해 양산 적용 가능성을 검토하는 연구로 이어지고 있습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

실리콘 음극 팽윤 완화 구조
탄소 브리지 기반 전기적 접촉 향상
CNT 보강 전극 설계
실리콘/그래파이트 조성 최적화
고밀도 음극재 배합 레시피
폐실리콘 회수·정제 공정
과립화 기반 음극 원료 안정화
저비용 실리콘 음극 원료 플랫폼
전극 균열 억제용 소재 조합
실리콘 음극 성능 평가 프로토콜