무음극 전고체전지는 에너지 밀도를 높이기 위해 초기 충전 과정에서 리튬 금속 음극을 생성하여 활용하는 유망한 개념이다. 이 접근 방식에서는 리튬 이온이 음극으로 이동하여 리튬 금속으로 전착되며 리튬 금속 음극이 형성된다. 무음극 전고체전지는 높은 에너지 밀도를 갖지만, 계면 안정성이 낮아 리튬 덴드라이트 형성 및 제한된 충방전 수명을 갖는 문제가 있다. 이에 본 연구에서는 리튬 친화성 물질인 Ag와 In을 집전체에 코팅하여 전극으로 활용했다. 이를 통해 충전 시 리튬의 고른 전착을 유도하여 계면 안정성을 향상시키고 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하였다. In-Ag 코팅 전극은 리튬과 합금을 형성함으로써 리튬의 원활한 전착에 도움을 준다. 균일한 전착은 안정적인 전지 수명과 용량 유지에 중요하고, In-Ag 코팅 전극의 도입은 무음극 전고체전지에서 개선된 성능을 보였다. 이 연구는 계면 안정성이 향상된 무음극 전고체전지 개발에 지속적으로 기여하며, 리튬 덴드라이트 억제 전지 성능 향상을 이루는 데 있어 큰 장점을 보여준다. 결론적으로, In-Ag 코팅과 같은 리튬 친화성 금속 코팅 집전체의 활용은 효율적이고 안전한 에너지 저장 솔루션에 한 걸음 더 가까워지는 무음극 전고체전지 개발을 촉진하는 데 큰 잠재력을 가지고 있다.
Anode-free solid-state Li batteries (AFSSLBs) are a promising concept for Li metal batteries, as they create a Li anode during the initial charging process. In this approach, Li-ions are extracted from the cathode and plated onto the bare current collector to form the Li metal. While AFSSLBs offer high energy density, they suffer from poor interfacial stability, which can result in the formation of Li dendrites and a limited cycle life. Herein, we coated the current collector with lithiophilic materials, Ag and In, known for their compatibility with all-solid-state batteries. The introduction of these coatings improved the uniform deposition of Li on the current collector and enhanced the interfacial stability, preventing dendrite growth. By forming an alloy with Li, the In-Ag coated electrode lowered the nucleation energy barrier, facilitating the uniform plating of Li on the surface compared to bare SUS. This uniform deposition is crucial for achieving stable cyclability and preventing capacity degradation. The incorporation of the In-Ag coated anode demonstrated improved performance and long cycle life in AFSSLBs. This research contributes to the ongoing efforts in developing AFSSLBs with enhanced interfacial stability, reduced dendrite formation, and improved overall performance. Overall, the use of lithiophilic metal-coated current collectors, such as In-Ag coatings, shows great potential in advancing the development of AFSSLBs, bringing us closer to efficient and safe energy storage solutions.
