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Title Page 2

ABSTRACT 5

Contents 6

1. Introduction 7

2. Experiment Details 8

3. Simulation Model 10

4. Result & Discussion 13

5. Conclusion 24

References 27

요약문 29

초록보기

 이 연구는 다양한 충전 율속에서 실리콘/흑연 복합 전극의 전기화학적 및 기계적 거동을 실험 기법과 디지털 트윈 시뮬레이션을 통하여 조사하였습니다. 전극의 삼차원 구조를 포착하기 위해 FIB-SEM을 활용하여 실제 전극 형상을 반영한 삼차원 구조체를 생성하였으며, 구조적 및 전기화학적 특성의 정확한 시뮬레이션을 가능하게 했습니다. 실험 결과, 높은 리튬화 상태는 입자 균열 및 입자 간 연결 단락과 같은 심각한 기계적 손상을 초래하여 전극의 수명을 단축시키는 것으로 나타났습니다. 그리고 낮은 리튬화 상태에서는 오히려 부피 팽창이 적어 기계적 열화의 영향이 적어 수명 특성이 더 좋았습니다. 시뮬레이션 결과는 실험 결과와 비교하였을 때 0.54% 오차로 일치하였으며, 빠른 충전이 낮은 리튬화 상태, 낮은 부피 팽창 및 낮은 내부 스트레스를 초래함을 보여주었습니다. 반면, 느린 충전은 리튬화 상태를 증가시켜 더 큰 부피 팽창과 높은 내부응력을 유발했습니다. 이 응력은 실리콘 입자주변에 집중되어 기계적 실패를 일으켰습니다. 또한, 느린 충전 속도가 기공 닫힘 및 이온 경로 길이 증가를 초래하면서 충전 중 공극도 및 굴곡도의 변화를 일으켰습니다. 위 연구 결과를 통해 실리콘 기반 활물질의 분산을 제어하고 전극 밀도를 최적화하여 응력 집중 및 기계적 손상을 완화하는 것의 중요성을 강조합니다. 또한 실리콘 기반의 음극에서 리튬화 상태에 따라 전극이 받는 기계적 열화의 정도가 발생할 수 있습니다. 이 연구는 실리콘 기반 전극의 구조적 및 기계적 안정성을 평가할 수 있는 방법론을 제시하며 보다 수명특성이 뛰어난 실리콘 기반 리튬 이온 배터리를 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.

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