폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 바인더 기반 롤-투-롤 건식 코팅 공정은 고에너지 밀도 리튬이온전지(LIB)에서 두꺼운 전극을 제조하기 위한 기존 슬러리 기반 방법의 유망한 대안으로 부상하였다. 그러나 이 공정에 나노 크기의 인산철리튬(LiFePO4, LFP)을 적용하는 일은 여전히 어렵다. 이는 나노 크기 LFP의 높은 비표면적이 단기(短期) 및 박막(薄膜) 형태의 PTFE 섬유 네트워크 형성을 유도하여, 낮은 PTFE 바인더 함량에서는 건식 양극의 기계적 건전성을 확보할 수 없기 때문이다. 그 결과, 나노 크기 LFP 건식 양극은 낮은 유연성과 기계적 취성 문제를 겪으며, 이는 롤-투-롤 공정에서의 적용성을 제한한다. 본 연구에서는 나노 크기 LFP의 입자 크기에 따라 달라지는 PTFE 바인더의 섬유화(fibrillization) 거동을 조사하여, 나노 크기 LFP 건식 양극에서 나타나는 기계적 열화의 기원을 규명하고자 하였다. 그 결과, 나노 크기 LFP는 과도한 PTFE 섬유화를 촉진하여 짧은 PTFE 섬유와 긴 PTFE 섬유를 모두 포함하는 연약하고 약한 네트워크를 형성함으로써 나노 크기 LFP 건식 양극의 기계적 열화를 유발하는 것으로 나타났다. 이 문제를 해결하기 위해, 나노 크기 LFP 건식 양극 내에서 두껍고 긴 PTFE 섬유 네트워크의 형성을 촉진하는 2단계 압출(two-step extrusion) 공정을 도입하였다. 이 전략을 통해 PTFE 바인더 2 wt%만으로도 나노 크기 LFP의 유연하고 기계적으로 견고한 양극 필름을 제조할 수 있었다. 개발된 LFP 건식 양극은 두꺼운 전극 설계와의 우수한 호환성을 보였으며, 높은 면적 용량(7 mAh cm-2, 2.7 g/cc)을 달성하여 차세대 LFP 기반 LIB를 위한 확장 가능한 해법을 제공하였다.

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