김성헌 교수는 성균관대학교 김영준 교수 연구팀, 송영재 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 리튬이온전지 전극 내부에서 리튬 이온들이 불균일하게 분포하는 특성을 규명하였다.

최근 전기자동차 시장의 급격한 성장과 함께 고성능 리튬이온전지를 개발하기 위한 연구가 매우 활발하게 진행되고 있다. 고성능 리튬이온전지의 개발에 있어서 무엇보다 중요한 것은 리튬이온전지의 에너지 밀도를 높이는 것으로, 이를 위해서 리튬이온전지 전극의 두께를 증가시키는 시도를 하고 있다. 하지만, 이와 같이 리튬이온전지 전극의 두께가 증가할 경우, 급속 충전 시 전극 내부에서 리튬 이온의 이동이 원활하지 않으며, 이로 인해 전극의 깊이 방향으로 불균일한 리튬 이온의 분포가 발생할 수 있다고 예상되어져 왔으나, 지금까지 실제로 이를 규명해낸 연구결과는 없었다.

이 연구에서는 주사탐침현미경 (scanning probe microscopy) 기반의 켈빈탐침힘현미경 (Kelvin probe force microscopy) 분석 방법을 이용하여 전극 깊이에 따른 일함수 (work function) 변화를 측정함으로써 리튬이온전지 양극의 하나인 LiNi0.88Co0.09Al0.03O2 (NCA) 전극 내부의 깊이에 따른 불균일한 리튬 분포를 확인하였고, 이러한 불균일한 리튬 분포 특성이 충전 속도가 빨라질수록 심화되는 것을 확인하였다.

이 연구는 소재 분야의 세계적인 학술지인 Journal of Alloys and Compounds (Impact Factor 6.371, JCR 상위 5.7%) 저널의 최신호에 게재되었다.

링크 : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925838823003328