균열 전파는 LiNi x Mn y Co 1− x − y O 2 (NMC)를 포함한 2차 입자형 활성 물질의 열화가 발생하는 주요 원인으로서 널리 주목받아 왔다. 이 복잡한 현상을 규명하기 위해 특히 니켈이 풍부한 NMC에서, 고전압·고온 또는 고방전심도 운전 시 상당한 균열 전파가 나타나기 때문에, 다수의 실험적 분석과 3D 모델링 기반 연구가 수행되어 왔다. 이 피할 수 없는 열화 요인을 근본적으로 명확히 하고 이를 억제할 수 있도록 하기 위해, 본 연구에서는 3D 재구성 기법을 사용하여 단일 수 마이크로미터 크기의 LiNi 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 O 2 (NMC711) 입자에 대한 디지털 트윈 기반 전기화학–전기–기계(ECM) 모델을 개발한다. 디지털 트윈 기법이 실제의 기공을 포함한 NMC711 2차 입자를 재현하므로, 이 디지털 트윈 전기화학 모델은 확산계수와 교환전류밀도라는 두 가지 핵심 파라미터를 적합(fitting)함으로써 8C 속도에서도 오차 0.48% 이내로 전압 프로파일을 시뮬레이션한다. 디지털 트윈 기반 ECM 모델은 검증된 전기화학 파라미터와 축 격자 파라미터로부터 유도되는 리튬 유발 변형 및 나노인덴테이션으로 측정한 응력–변형 곡선과 같은 기계적 특성을 토대로 개발된다. 또한 이 모델을 사용하면 단일 NMC711 입자에서 작동 중(operando) 전기화학 반응 유발 기계적 성질, 즉 변형, 응력, 변형 에너지 밀도가 시각화된다. 마지막으로, 고도화된 operando ECM 분석을 통해 균열 형성을 진단할 수 있으며, 이 플랫폼이 활성 물질에서의 균열 형성 규명에 효과적임을 강조한다.

균열 전파는 LiNi x Mn y Co 1− x − y O 2 (NMC)를 포함한 2차 입자형 활성 물질의 열화가 발생하는 주요 원인으로서 널리 주목받아 왔다. 이 복잡한 현상을 규명하기 위해 특히 니켈이 풍부한 NMC에서, 고전압·고온 또는 고방전심도 운전 시 상당한 균열 전파가 나타나기 때문에, 다수의 실험적 분석과 3D 모델링 기반 연구가 수행되어 왔다. 이 피할 수 없는 열화 요인을 근본적으로 명확히 하고 이를 억제할 수 있도록 하기 위해, 본 연구에서는 3D 재구성 기법을 사용하여 단일 수 마이크로미터 크기의 LiNi 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 O 2 (NMC711) 입자에 대한 디지털 트윈 기반 전기화학–전기–기계(ECM) 모델을 개발한다. 디지털 트윈 기법이 실제의 기공을 포함한 NMC711 2차 입자를 재현하므로, 이 디지털 트윈 전기화학 모델은 확산계수와 교환전류밀도라는 두 가지 핵심 파라미터를 적합(fitting)함으로써 8C 속도에서도 오차 0.48% 이내로 전압 프로파일을 시뮬레이션한다. 디지털 트윈 기반 ECM 모델은 검증된 전기화학 파라미터와 축 격자 파라미터로부터 유도되는 리튬 유발 변형 및 나노인덴테이션으로 측정한 응력–변형 곡선과 같은 기계적 특성을 토대로 개발된다. 또한 이 모델을 사용하면 단일 NMC711 입자에서 작동 중(operando) 전기화학 반응 유발 기계적 성질, 즉 변형, 응력, 변형 에너지 밀도가 시각화된다. 마지막으로, 고도화된 operando ECM 분석을 통해 균열 형성을 진단할 수 있으며, 이 플랫폼이 활성 물질에서의 균열 형성 규명에 효과적임을 강조한다.

리튬-풍부 망간(LRM) 기반 양극을 고용량으로 전고체 리튬 배터리(ASSLB)에 통합하는 것은 에너지 밀도 및 안전성을 향상시키기 위한 대안적 전략을 제공한다. 이러한 맥락에서 설피드–할라이드 복합 구성의 이중 전해질 시스템은 널리 타당한 것으로 입증되어 왔다. 그러나 LRM/할라이드/설피드 3중 계면에서의 상용성 문제는 ASSLB의 실용적 구현을 크게 저해해 왔으며, 그 근본적인 계면 진화 메커니즘은 아직 완전히 규명되지 않았다. 본 연구에서는 서로 다른 상부 차단 전압(upper cutoff voltages)을 조절하여 3중 계면의 변화를 종합적으로 규명하고자 하였다. 다수의 in/ex situ 특성 분석 결과, LRM으로부터 진화한 격자 산소(lattice oxygen)가 Li3InCl6 (LIC) 층으로 침투하여 Li9.54Si1.74P1.4S11.7Cl0.3 (LSPSC)와 반응함으로써 InS–, LiCl 및 SOx–의 형성을 유도하고, 그 결과 4.6 V에서 LIC/LRM 및 LIC/LSPSC 양쪽 계면의 안정성이 악화되는 것으로 확인되었다. 반면, 4.4 V의 전압에서는 In–O/S 결합의 축적이 현저히 완화되어 LRM과 LIC 간의 Li+ 수송 동역학이 향상되었다. 또한 S–S 및 P–[S]n–P의 세기 역시 완화되었으며, 이는 LIC/LSPSC의 기생 반응이 크게 억제되었음을 추가로 보여준다. 따라서 제조된 셀은 2.0–4.8 V에서 0.1 C의 조건에서 258.72 mAh g–1의 높은 방전 비용량을 달성하였고, 2.0–4.4 V에서 0.5 C로 200 사이클 후에도 74.6%의 용량 유지율을 보이며 우수한 사이클 안정성을 나타냈다. 본 연구는 계면 열화를 억제하는 데 있어 차단 전압 조절의 중요성을 강조하며, LRM 기반 ASSLB에서 안정한 계면을 구축하는 데 대한 새로운 통찰을 제공한다.

층. 본 연구는 도핑된 NCM 양극의 최적화에 대한 통찰을 제공하며, 차세대 리튬이온 배터리를 위한 고에너지 밀도 양극을 개발하고 사이클 수명을 개선하기 위한 전략적 접근으로서 표면 텅스텐 도핑의 잠재력을 강조한다.