BF3LiMA기반 자기-도핑형 겔 고분자 전해질의 전기화학적 특성에 미치는 리튬이온 농도의 영향

Abstract

전해액 상용성의 boron trifluoride lithium methacrylate (<TEX>$BF_3$</TEX>LiMA)를 기본으로 하는 겔 고분자 전해질 (gel polymer electrolytes, GPE)에서 <TEX>$BF_3$</TEX>LiMA의 농도가 이온전도도, 전기화학적 안정성에 미치는 영향을 AC impedance 측정법과 linear sweep voltammetry (LSV)를 통하여 평가하였다. 그 결과 <TEX>$BF_3$</TEX>LiMA가 4wt% (고분자함량 21 wt%)일 때, 상온 이온전도도가 <TEX>$5.3{\times}10^{-4}Scm^{-1}$</TEX>로서 가장 높게 관찰되었으며 4 wt% 전후로 다시 감소하였다. <TEX>$BF_3$</TEX>LiMA 기반의 GPE는 음이온이 고정되어 있는 자기-도핑형 계열로서 우수한 전기화학적 안정성을 확인하였다. 한편 <TEX>$BF_3$</TEX>LiMA 기반 GPE는 리튬금속과 비교적 불안정한 계면반응성을 보여주었지만 흑연/GPE/흑연, LCO/GPE/LCO에서는 높은 계면안정성을 형성하였다. 따라서 <TEX>$BF_3$</TEX>LiMA 기반의 GPE를 통하여 높은 상온 이온전도도와 전기화학적 안정성 및 흑연과 LCO 양극산화물에 대한 우수한 계면특성을 확보할 수 있었다. Boron trifluoride lithium methacrylate (<TEX>$BF_3$</TEX>LiMA)-based gel polymer electrolytes (GPEs) were synthesized with various <TEX>$BF_3$</TEX>LiMA concentration to elucidate the effect on ionic conductivity and electrochemical stability by a AC impedance and linear sweep voltammetry (LSV). As a result, the highest ionic conductivity reached <TEX>$5.3{\times}10^{-4}Scm^{-1}$</TEX> at <TEX>$25^{\circ}C$</TEX> was obtained for 4 wt% of <TEX>$BF_3$</TEX>LiMA. Furthermore, high electrochemical stability up to 4.3 V of the <TEX>$BF_3$</TEX>LiMA-based GPE was observed in LSV measurement since the counter anion was immobilized in this self-doped system. On the other hand, it was assumed that there was a rapid decomposition of electrolytes on a lithium metal electrode which results in a high solid electrolyte interface (SEI) resistance. However, a high stability toward graphite or lithium cobalt oxide (LCO) electrode thereby a low SEI resistance was observed from the AC impedance measurement as a function of storage time at <TEX>$25^{\circ}C$</TEX>. Consequently, the high ionic conductivity, good electrochemical stability and the good interfacial compatibility with graphite and LCO were achieved in <TEX>$BF_3$</TEX>LiMA-based GPE.