SEI층은 초기에 배터리를 충전할 때 음극에서 두드러지게 나타나는 현상입니다. SEI층은 장점과 단점을 가지고 있어 적당하게 생성되는 것이 좋습니다. 그럼 SEI층의 개념에 대해 자세하세 설명하겠습니다.
SEI층 이란
충방전 시 전해질이 음극, 양극, 집전체 등의 계면에서 반응하여 전극 표면에 코팅막을 형성한 층이 SEI층입니다. 영어로는 Solid Electrolyte Interphase로 직영하자면 고체 전해 계면이 됩니다. SEI층은 주로 리튬염의 형태로 존재하여 전자전도도는 매우 낮고 리튬이온의 전도성이 높습니다. 이러한 거동은 고체 전해질과 매우 유사하여 SEI 층이라는 이름이 붙었습니다. 음극의 표면에서 발견되며 간혹 양극 활물질 표면에서도 발견됩니다.
SEI층 생성원리
SEI층 생성에 명확한 메커니즘은 알 수 없으나 음극의 격자면(Lattice plane), Basal to edge 면의 상대비, 전해질 용매, 리튬염 농도와 종류, 전류밀도, 온도 등이 SEI층 형성에 영향을 미친다고 합니다. 현재는 실험적으로 확인할 수 밖에 없습니다. 흑연에는 VC 첨가액 Si 산화물에는 FEC 첨가액이 균일한 SEI층을 형성해 수명과 배터리 안정성에 도움을 주는 것으로 알려져 있습니다.
SEI층 역할
SEI층은 리튬 이온 배터리가 충방전 하는 동안 부반응이 일어나는 것을 막아줍니다. 또한 SEI층은 다공성으로 이뤄져 리튬이온의 이동은 자유롭지만 전자 혹은 전해질은 통과하기가 어렵습니다. 전해질이 전극 표면에 닿지 못하면서 더이상의 전해질이 분해되지 않게 됩니다. 이러한 특성으로 SEI층에서는 리튬 농도 편차를 완화되고 균일한 전류 분포하에서 리튬 이온이 이동하게 되는 것입니다.
SEI층의 단점과 요구 스펙
SEI층의 형성은 배터리 용량의 저하를 가져옵니다. 또한 SEI층에서 리튬 이온의 이동속도가 액체전해질보다는 느리기 때문에 SEI층이 두껍게 형성될 경우 배터리 출력 성능을 저하시킬 수 있습니다. 따라서 전극과의 접착성이 강하고 물리, 화학적으로 안정한 SEI층을 만드는 전해질을 선택하는 것이 좋습니다. 물리, 화학적으로 불안정하여 전극 표면에서 SEI층이 떨어져 나간다면 추가로 SEI층이 생겨나 배터리 수명에 좋지 않기 때문입니다.
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