이 기술의 핵심은 실리콘 음극의 잠재력을 최대한 끌어내는 데 있습니다. 실리콘은 기존 흑연 음극보다 10배 높은 이론적 용량(약 4200 mAh/g)을 자랑하지만, 충·방전 시 300%에 달하는 부피 팽창과 낮은 초기 쿨롱 효율(ICE)이라는 치명적인 단점이 있었습니다. 특히 초기 리튬 손실은 실리콘의 높은 표면적 때문에 흑연보다 훨씬 심각합니다. 본 특허는 이 문제를 정면으로 돌파하기 위해 '안정화 리튬 금속 분말(SLMP)'을 이용한 음극 직접 프리리튬화 공정을 제안합니다. 전체 공정은 다음과 같이 세분화됩니다.
1. SLMP의 제조 및 안정화: 순수 리튬 금속은 반응성이 매우 높아 공기나 수분과 접촉 시 폭발할 수 있습니다. 테슬라는 용융된 리튬을 초음파 노즐을 통해 불활성 가스(아르곤) 환경에 분사하여 마이크로미터 크기(직경 5-20μm)의 구형 입자를 만듭니다. 이 과정에서 입자 표면에 리튬 카보네이트()나 리튬 플루오라이드()와 같은 얇고 균일한 부동태 피막(passivation layer)을 인위적으로 형성합니다. 이 피막은 SLMP가 슬러리 용매나 공기와 반응하는 것을 막아주는 안정적인 갑옷 역할을 합니다. 이 피막의 두께()를 나노미터 단위로 제어하는 것이 핵심 기술이며, 이는 SLMP의 반응성과 안정성의 트레이드오프를 결정합니다. 피막의 이온 전도도는 다음 수식으로 모델링할 수 있습니다: 여기서 는 리튬 이온 플럭스, 는 확산 계수, 는 전기화학적 포텐셜입니다. 테슬라는 이 피막 두께를 최적화하여 슬러리 제조 중에는 안정성을 유지하고, 첫 충전(활성화) 시에는 쉽게 파괴되어 리튬을 방출하도록 설계했습니다.