초저온 용융 전고체 배터리 전해질용 결정화 유리 개발 = Development of crystallized glass for ultra-low melting solid-state battery electrolytes

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 저온에서 용융이 가능한 새로운 전고체 배터리 전해질용 Li₂Cl₂-Li₂O-B₂O₃-V₂O₅계 유리 및 결정화 유리를 개발하였다. 또한 조성 및 결정화 시간에 따른 유리의 열적, 전기적 특성 변화와 결정화 기전을 분석하였다. 유리 조성에 따른 열적 특성은 DTA 분석을 통해 이루어졌으며, Li₂Cl₂ 첨가에 따라 유리전이온도가 감소하는 것을 확인하였다. 유리의 결정화 특성은 XRD패턴을 통하여 분석하였다. 결정화 온도에서의 열처리에 따라 Monoclinic상의 LiVO₃결정이 성장하는 것을 확인하였다. Kissinger, Marotta법을 통하여 LiVO₃결정화의 활성화 에너지를 도출하였으며, Ozawa법을 통하여 Ozawa exponent를 도출하여 결정화 기전을 결정할 수 있었다. Ozawa exponent는 2로 유리 구조 내의 LiVO₃결정은 1차원 성장을 하는 것을 알 수 있었다. 결정 유리구조 내의 Li+이온의 전도도와 전도 기전을 분석하기 위해 Nyquist plot을 분석하였다. 결정화 조작 시간에 따라 변화하는 LiVO₃ 결정화도에 비례하여 이온전도도가 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 Ch.Muller 등이 시사한 바와 같이 LiVO₃결정 내에서 Li+이온이 높은 이동도를 가지기 때문으로 사료된다 [1].

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, we successfully synthesized a glass-ceramic with LiVO₃ crystalline phases via heat treatment of Li₂Cl₂-Li₂O-B₂O₃-V₂O₅-based glass, a composition not previously reported for solid-state electrolytes. Thermal properties were measured using differential thermal analysis (DTA), and kinetics analysis was conducted based on these data. As indicated by XRD patterns, the as-prepared sample exhibited the characteristic halo pattern of glass, while the formation of crystalline phases was observed with increasing heat treatment time, identified as LiVO₃. The intensity of the LiVO₃ peaks in the XRD pattern increased with extended heat treatment, eventually reaching saturation. Additionally, ionic conductivity was observed to improve, likely due to the facilitation of Li-ion conduction within the LiVO₃ crystals. The activation energy for LiVO₃ crystallization within the glass matrix was determined to be 190 kJ/mol (Kissinger method) and 203 kJ/mol (Marotta method) based on DTA analysis. The Ozawa exponent, derived via the Ozawa method, suggested one-dimensional growth of the LiVO₃ crystals.