Si 계 합금·그래파이트 음극의 탄소 코팅 및 열역학-동역학 최적화 연구

Carbon Coating and Thermo-Kinetic Optimization for Si-Graphite Anodes

연구 내용

SiOx 기반 음극과 그래파이트 입자에 탄소 코팅을 적용해 계면 저항과 반응 동역학을 개선하고, 부피 팽창·메타스테이블 상 영향을 제어하는 연구

SiO x 포함 합금/복합 음극은 높은 용량을 제공하지만, 사이클링 동안 부피 팽창과 전자·이온 전달 한계로 인해 계면 열화가 누적되기 쉽습니다. 연구실은 phenolic resin 기반 탄소 코팅 등 질량 생산 가능 공정을 활용해 전해액-전극 계면의 보호를 강화하고, Li+ 수송 및 전하 전달 반응을 안정화하는 방향으로 접근합니다. 또한 그래파이트 단일 입자에서 코팅의 정량적 효과를 평가하고, Si-우세 영역과 그래파이트 staging 영역에서 부피 팽창이 열역학 및 동역학 특성에 미치는 영향을 비교 분석합니다. 나아가 곡물 크기·구조 설계를 통해 메타스테이블 상을 억제하는 설계 개념을 도입합니다.

관련 프로젝트

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연구 흐름

초기에는 SiO x 계 음극이 갖는 저효율 초기 활성화 문제와 계면 불안정 원인을 정리하고, 탄소 코팅이 전해액-전극 접촉 보호 및 반응 경로 형성에 미치는 효과를 확인하는 연구를 수행했습니다. 이후에는 그래파이트 단일 입자 수준으로 코팅 전후 계면 거동과 동역학 파라미터 변화를 정량화하여, 빠른 충·방전에 필요한 조건을 도출했습니다. 최근에는 부피 팽창이 열역학·동역학에 미치는 역할을 분리해 해석하고, Si 합금의 곡물 설계를 통해 메타스테이블 상의 발생을 제어하는 방향으로 확장했습니다.

활용 가능성

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

SiO x 기반 고용량 음극
탄소 코팅 보호층 공정
고율충전 대응 음극 설계
부피 팽창 완화 전략
계면 반응 동역학 개선
그래파이트 단일 입자 계면 최적화
전해액-전극 접촉 안정화
메타스테이블 상 억제형 실리콘 합금
고출력 리튬이차전지 음극
폐 실리콘 업사이클 기반 소재화