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전기전자재료학회논문지 / v.32, no.6, 2019년, pp.437-443

기판의 표면 거칠기 특성이 전고상 리튬박막이차전지의 제작 및 특성에 미치는 영향

The Effect of Substrate Roughness on the Fabrication and Performance of All-Solid-State Thin-Film Lithium-Ion Battery

김종헌, 소승범, 고광모, 이경진, 김현석

Jong Heon Kim, Cheng-Fan Xiao, Kwangmo Go, Kyung Jin Lee, Hyun-Suk Kim

초록(국문)

전고상 박막 리튬 이차전지는 높은 에너지 밀도를 갖는 차세대 에너지 공급원으로 매우 중요하다. 하지만 박막을 이용하여 다층 구조를 만들때 기판의 선택 등 여러가지 고려해야할 요소 들이 많기 때문에, 박막 전지를 제작하는 과정에서 많은 문제점들을 보여주었다. 본 연구에서는 다른 표면 거칠기 특성을 갖는 스테인리스 스틸 기판과 실리콘 기판을 각각 사용하여 LiNi0.5Mn1.5O4 양극/LiPON 전해질/Li4Ti5O12 음극 구조의 전고상 리튬 전지를 제작하여 특성을 비교 분석하였다. 결과적으로 표면이 보다 매끈한 기판일수록 전고상 박막 전지의 두께를 감소시킬 수 있으며,  이를 통해 보다 우수한 전기화학 특성을 얻을 수 있었다.

초록(영문)

All-solid-state thin-film lithium-ion batteries are important in the development of next-generation energy storage devices with high energy density. However, thin-film batteries have many challenges in their manufacturing procedure. This is because there are many factors, such as substrate selection, to consider when producing the thin film multilayer structure. In this study, we compare the fabrication and performance of all-solid-state thin-film lithium-ion batteries with a LiNi0.5Mn1.5O4 cathode/LiPON solid electrolyte/Li4Ti5O12 anode structure using stainless steel and Si substrates with different surface roughness. We demonstrate that the smoother the surface of the substrate, the thinner the thickness of the all-solid-state thin-film lithium-ion battery that can be made, and as a result, the corresponding electrochemical characteristics can be improved.

키워드

  • All-solid-state thin-film lithium-ion battery
  • LiNi0.5Mn1.5O4
  • LiPON
  • Li4Ti5O12
  • Magnetron sputtering

DOI

https://doi.org/10.4313/JKEM.2019.32.6.437