일반기술

초박막 리튬 2차전지

최근에는 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 갖는 전지를 개발하기 위해 고체 전해질을 사용한 고체전지에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다. 고체전지는 기존 액체전해질을 사용하는 전지에 비해 누액의 염려가 없으며 진동 및 충격에 대한 저항성이 높으며, 공해를 일으키지 않는 장점이 있다. 또한 액체전해질을 사용하는 경우 이온전도를 위한 액체전해질과 양극과 음극을 전자전도로부터 격리하는 격리판이 있어야하는데 고체전해질을 사용하는 경우 양극과 음극을 격리하는 동시에 이온을 전달하기 때문에 단층으로 형성을 할 수 있다. 또한 전지 요소가 모두 고체이기 때문에 박막 제조 공정을 이용하여 두께 10μm이하인 박막전지를 제조할 수 있다. 이러한 박막 2차전지는 용량이나 구동전압도 단위전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 다중 셀을 형성할 수 있으므로 반도체 집적 회로, 마이크로 센서, 마이크로 엑츄에이터, 등의 자가전원으로 매우 적합하게 응용될 수 있다. 특히 최근에 자기카드의 발전된 형태인 IC카드에 전원으로 사용할 경우 지시계를 탑제하여 카드 판독기 없이 내용을 볼 수 있는 스마트카드의 실현에 큰 도움을 줄 것이다. 고체 전지에 사용되는 여러가지 고체 전해질 재료 중에서 리튬 이온 전도성 고체 전해질은 리튬의 질량이 낮고, 높은 분해 전압을 갖는 특성때문에 관심이 집중되고 있다. 최근에는 높은 이온전도도와 분해전압, 리튬과 반응하지 않는 화학정 안정성 등, 여러가지 장점을 지닌 Li-P-O-N계 전해질이 개발되어 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러나 여러가지 장점에도 불구하고 Li-P-O-N계 박막전해질은 아직까지 체계적인 연구가 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 Li-P-O-N계 박막 고체전해질의 박막 증착 조건에 따른 구조변화가 리튬 이온전도도에 미치는 영향을 고찰하였고, 그 결과를 토대로하여 박막전지에 사용하기에 적합한 전해질의 증착조건과 조성을 확정하여 V2O5양극을 사용하여 Li | LIPON | V2O5 박막전지를 구성하였다. 제작된 박막전지를 사용하여 전지의 성능을 저하하는 요인을 밝히고 이를 개선하여 고성능 박막 2차전지를 개발하였다.