Study on the effect of surface-functionalized separators on electrochemical properties of in-situ solid polymer electrolytes
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 신관우
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000082179
- UCI I804:11029-000000082179
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
This study investigated the effect of separators functionalized with various functional groups on the electrochemical performance of solid polymer electrolytes (SPEs). To achieve this, electron beam-sensitive liquid precursor solutions were prepared by combining three types of surface-functionalized separators, a carbonate-containing monomer, a crosslinker, and a lithium salt. Analysis of the degree of solidification and chemical structure according to the irradiation dose confirmed that the appropriate dose for SPE formation was 28 kGy. Under this appropriate dose condition, cPV2P(PAALi), cPV2P(PVImTFSI), and cPV2P(PSSLi) SPEs were prepared using the functionalized separators and the liquid precursor solution. These SPEs were confirmed to possess excellent thermal (decomposition temperature > 200 °C) and mechanical strength (tensile strength > 17.5 MPa). Electrochemical study showed that the cPV2P(PAALi) SPE exhibited the highest ionic conductivity of 0.601 mS/cm. Regarding the ion transference number, the cPV2P(PVImTFSI) SPE showed a high value of 0.89. It was confirmed that the electrochemical stability was similar for all three types. However, analysis of the resistance of coin cells after the 1st and 100th charge-discharge cycles indicated that the cell based on the cPV2P(PAALi) SPE, which exhibited high ionic conductivity, maintained good capacity retention associated with minimal change in resistance. Finally, evaluating the long-term cycling performance of coin cells prepared by in-situ electron beam solidification showed that the cell based on the cPV2P(PAALi) SPE exhibited 80% capacity retention after 300 charge-discharge cycles, similar to a cell based on commercial electrolyte.
more초록 (요약문)
본 연구는 다양한 작용기로 기능화된 분리막이 고체고분자전해질의 전기화학적 성능에 영향을 미치는지 조사하였다. 이를 위해서 3종의 표면 기능화된 분리막과 카보네이트 작용기를 포함한 단량체, 가교제, 그리고 리튬염의 조합을 통해 전자선 감응형 액상 전구체 용액을 제조하였다. 방사선 조사량에 따른 고상화율 및 화학구조를 분석한 결과, 고체고분자전해질 형성을 위한 최소 선량은 28 kGy임을 확인하였다. 최소 선량 조건에서 기능화된 분리막과 액상 전구체 용액을 이용하여 cPV2P(PAALi),cPV2P(PVImTFSI) 및 cPV2P(PSSLi) 고체고분자전해질을 제조하였고 우수한 열적(열분해 온도 200 °C 이상) 및 기계적 강도(인장강도 17.5 MPa이상)를 가짐을 확인하였다. 전기화학적특성 분석 결과, cPV2P(PAALi) 고체고분자전해질이 0.601 mS/cm의 가장 높은 이온전도도를 나타내었고 이온전달계수에서는 cPV2P(PVImTFSI) 고체고분자전해질이 0.89의 높은 수치를 나타내었으며 전기화학적 안정성은 3종 모두 유사함을 확인하였다. 하지만, 코인 셀의 1회 및 100회 충·방전 후 저항 분석 결과, 높은 이온전도도를 보이는 cPV2P(PAALi) 고체고분자전해질 기반 전지에서 낮은 저항 변화와 높은 용량 유지율을 보임을 확인하였다. 최종적으로 in-situ 전자선 고체화로 제조된 코인셀의 장기사용안정성을 평가한 결과 cPV2P(PAALi) 고체고분자전해질 기반 전지는 상용 전해질 기반 전지와 유사한 300회 충·방전 후 80%의 용량 유지율을 나타냄을 확인하였다.
more목차
I. Introduction 1
II. Experimental 6
1. Preparation of surface-functionalized PE separators 6
2. Preparation of cPV2P SPEs with different surface-functionalized separators 9
III. Results and discussion 14
1. Preparation of surface-functionalized PE separators 14
2. Effect of surface-functionalizaed separators on electrochemical properties of cPV2P(X) SPEs in-situ formed in fully-assembled LIBs by electron beam-induced solidification 20
IV. Conclusion 37
V. References 38
