- Effects of Li⁺ Solvation Structures on Aluminum Corrosion in Ether-Based Electrolyte Solutions with Lithium Bis(Fluorosulfonyl)imide (LiFSI)

- Taegyu Jang+, Seon Yeong Cho, Jaegeol Kim, Eunjin Choi, Simone L. Holzmann, Ulrike Krewer, Hyeyoung Shin* and Hye Ryung Byon*

- Small. 2025, 2500166 (IF: 13.0)

- https://doi.org/10.1002/smll.202500166

 최근 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도 증가 추세에 따라 리튬 금속 음극 연구가 활발히 진행되고 있으나, 이러한 시스템에서 사용되는 알루미늄 집전체의 부식 문제는 여전히 해결해야 할 중요한 과제로 남아있습니다. 특히 리튬-금속 배터리에서 널리 사용되는 lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI)는 알루미늄 집전체를 심각하게 부식시키는 단점을 가지고 있어 실용화에 걸림돌이 되고 있습니다. 한편, 플루오린화된 에테르 기반 용매가 알루미늄 부식을 억제하는 데 유망하다고 보고되었지만, 그 메커니즘은 명확히 밝혀지지 않았습니다.
 이에 본 연구에서는 플루오린화된 에테르 기반 용매인 2,2,3,3-tetrafluoro-1,4-dimethoxybutane (FDMB)이 시스템 내의 양이온과 형성하는 용매화 구조가 알루미늄 부식을 억제할 것이라는 가설에 주목하였습니다. DFT 연구 결과, FDMB 용매가 리튬 이온 및 알루미늄 이온과 동시에 배위하여 C-F 결합을 약화시키고 탈불소화 반응을 촉진함으로써 알루미늄 표면에 aluminum fluoride (AlF₃) 보호층이 형성되어 부식을 효과적으로 억제함을 확인하였습니다.
 결론적으로, 본 연구는 용매의 용매화 구조 형성이 알루미늄 부식 억제에 미치는 영향을 체계적으로 분석함으로써, LiFSI 전해질을 안전하게 활용할 수 있는 방안을 제시하였습니다. 이러한 연구 결과는 고에너지 밀도를 갖는 차세대 리튬 이온 배터리 개발에 중요한 기여를 할 것으로 기대됩니다.