배터리 음극에서 리튬 덴드라이트 성장의 원리는?

Question

배터리와 관련해서 충전을 반복적으로 하게되면 리튬이 뾰족하게 자라 단락을 일으킨다는 덴드라이트가 성장이 된다고 하는데, 왜 그런 결정 성장이 생기게 되나요?

Answer 1

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

리튬 배터리를 충전할 때 전류가 불균일하거나 과전압이 걸리면 리튬 이온이 고르게 삽입되지 못하고 특정 지점에 금속리튬이 석출됩니다 이때 표면 거칠기 불순물 SEI 막 결합 때문에 전기장이 집중되면 뾰족한 결정인 덴드라이트가 자라게 되는 겁니다

Answer 2

안녕하세요.

리튬 덴드라이트 성장 배터리에서 골치거리이죠.

리튬 덴드라이트 성장은 전기화학적 비평형 석출 현상에서 비롯된다고 합니다. 보통은 충전할 때 음극 표면에서 리튬이온들이 환원되잖아요. 거기서 전류 밀도가 높거나 농도 구배가 크게 되면 균일하게 핵생성이 이루어지는게 아니고 국부적으로 돌출부에 전류들이 집중되게 됩니다.

이 돌출부가 전기장을 더 강하게 끌어 당겨서 리튬이 계속 그 방향으로 석출되게 되는 것이죠.

재료 자체 단독 문제라기 보다는 다양한 요인들이 결합된 것이죠.

감사합니다.

Answer 3

안녕하세요. 박재화 박사입니다.

이차전지 쪽 상당히 핫하죠. 배터리 쪽에서도 문제점을 정확히 알고 계신듯하네요.

리튬 덴드라이트는 리튬이 균일하게 석출되지 못해서 생기는 현상입니다. 충전할 때 음극 표면의 전류 밀도와 농도 분포가 고르지 않을 경우 특정 지점에 리튬이 더 먼저 쌓이게 됩니다. 그러면 그 돌출부가 전기장을 더 끌어당기기 때문에 뾰족하게 성장하는 그런 현상이죠.

문제는 전기화학적 불균일성이 핵심적인 원인으로 작용하는 것입니다.