안녕하세요, 이번 시간에는 ‘SEI(Solid Electrolyte Interphase) /고체 전해질 계면층’ 에 대하여 알아보겠습니다.
SEI(Solid Electrolyte Interphase)란?
우선 SEI는 배터리가 만들어지고 화성공정 단계에서 충전을 거치게 되는데 처음으로 충전할 때 리튬이온이 캐소드에서 에노드로 이동하면서
전해질과 리튬이온이 결합하여 음극재 표면에 얇게 고체 형태로 생기는 막을 가리킵니다.
[출처:LGENSOL,BATTERY INSIDE]
위 그림은 최초 충전 단계에서 ‘SEI’가 형성되는 그림입니다. 주의 해야할 점은 전해액과 리튬이온의 산화환원반응으로 인하여 생기는 것 이므로,
음극쪽 뿐만 아니라 양극쪽에도 ‘SEI’는 형성이 됩니다. 보통 초기 충전단계에서 최초로 생기는 막이기 때문에 대부분의 설명이 이렇게 되어있습니다.
SEI의 역할
‘SEI’는 자체의 저항이 거의 무한대라 전자 전도도가 매우 낮습니다. 반대로 리튬이온에 대하여는 높은 이온 전도도를 띄고있습니다.
즉 배터리 셀 내부에 분리막이 하나 더 생긴다는 것이라고 생각 하시면 되겠습니다.
[출처:LGENSOL,BATTERY INSIDE]
전자가 전해액과 접촉하게되면 전해질의 기능이 저하되기 때문에 배터리 수명과 안전성에 있어서는 이득이 되는 화학반응입니다.
하지만 ‘SEI’가 일정 수준 이상 생성되면, 리튬이온마저 전도되기 힘든 구조가 되어버려 ‘SEI 생성 억제제’도 셀 제조시 일정량을 추가 해주기도 합니다.
그리고 리튬이온과 전해액의 산화환원 반응으로 생성되기 때문에 초기 리튬이온의 약 5%가 ‘SEI’형성에 사용되게 됩니다.
‘SEI’가 생성되는 반응에 대해서는 아직 명확하게 밝혀지지가 않았고 향후 ‘전고체 배터리’의 연구에 사용되고 있다고 합니다.
여러 셀 제조 업체에서도 이 ‘SEI’의 생성 정도에 따라 셀의 수명,안전성,성능을 정말 크게 좌지우지 하기 때문에 다양한 시도도 진행되고 있습니다.