본 기술은 프러시안 블루 아날로그(PBA) 입자를 리튬염과 전이금속 전구체로 차례로 코팅한 뒤 공기 분위기에서 열분해하여, PBA 내부의 CN 브릿지를 산소 브릿지로 바꿈으로써 구조적으로 안정한 층상 리튬-전이금속 산화물을 제조하는 기술입니다.
기존 리튬 전이금속 산화물은 고율 특성, 즉 고출력 특성이 낮았습니다. 또한 제조 과정에서 결정 결함이나 양이온 혼합(cation mixing)이 생겨 구조적 불안정성이 나타나는 문제가 있었습니다.
본 기술은 PBA 입자 형성 시 3~5주간 충분히 숙성해 결정 결함을 최소화하고, LiOH와 전이금속 전구체를 입자 표면과 기공에 코팅하여 소성 중 구조 붕괴를 막으며, 800~900℃의 1차 하소와 750~850℃의 2차 하소를 거쳐 c축/a축 비가 1.4~1.5인 헥사고날 층상 구조를 형성하도록 구성됩니다. 순간 출력이 중요한 하이브리드 차량용 셀이나 고속 방전형 산업용 배터리의 양극 소재로 적용될 수 있어, 정육면체 형상의 균일한 입자로 전극 충진 설계를 단순화하는 데에도 도움이 됩니다.
본 발명은 산업통상자원부의 주파수 조정용 리튬이차전지의 고율 특성 구현을 위한 양극/음극재의 제조 및 전극 제조 공정기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 금속-황 전지용 양극 활물질층 안에서 황 함유 물질이 밀집된 영역과 그래핀 등 탄소 물질이 밀집된 영역을 물리적으로 구분해 배치함으로써, 황 이용률을 높이고 전극의 전기 전도도와 이온 전달 경로를 최적화하는 기술입니다.
종래 리튬-황 전지는 황의 낮은 전기 전도도, 황 이용률 저하, 폴리설파이드의 전해질 용출, 저온 구동 성능 부족 등의 한계가 있었습니다. 또한 기존 슬러리 캐스팅 공정은 바인더 사용으로 비용량이 낮아지고 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 바인더 없이 그래핀과 S8, Li2S 등 황 함유 물질을 기계적으로 혼합한 뒤 750~1100 MPa의 고압으로 가압하여 프리스탠딩 필름 형태의 양극 활물질층을 만들도록 구성됩니다. 가압 과정에서 Li2S가 입방정계에서 사방정계로 상변이되며, 전해질에 질산암모늄(NH4NO3) 첨가제를 더해 저온 구동 성능과 황 활용 효율을 높입니다. 경량 고에너지 전원이 필요한 드론·도심항공 모빌리티나 혹한 지역에서 운용되는 이동형 전원에 적용될 수 있어, 바인더 무게를 덜어낸 만큼 중량당 에너지를 늘리는 효과를 기대할 수 있습니다.
본 기술은 니켈 함량 60mol% 이상의 고니켈 양극활물질 예비 입자를 NH4F 또는 NH4HF2 불소 소스와 건식 혼합한 뒤 300℃ 이상에서 열처리하여, 표면에는 LiF 막이나 입자를 형성하고 내부로 갈수록 불소 함량이 점차 줄어드는 농도 구배를 유도하는 기술입니다.
고니켈 양극활물질 표면에 남아 있는 LiOH, Li2CO3 등 리튬 부산물이 전해액과 반응하여 전지 성능을 떨어뜨리는 문제가 있었습니다. 특히 니켈 함량이 높아질수록 열적 불안정성과 전해액 내 금속 용출 문제가 더욱 심해졌습니다.
본 기술은 불소 소스를 건식 코팅한 후 입자의 결정 구조가 변하지 않는 300℃ 이상의 특정 온도 범위에서 열처리하여, 잔류 리튬과 불소가 반응해 LiF 화합물을 형성하도록 구성됩니다. 이 과정에서 표면 잔류 리튬은 감소하고 입자 내부까지 불소가 도입되어 HF 생성과 금속 용출이 억제됩니다. 하이니켈 NCM 계열을 사용하는 장거리 전기차 배터리와 고온 환경에 노출되는 전력 저장용 셀에 적용될 수 있어, 용매를 쓰지 않는 건식 공정만으로 표면 잔류 리튬을 관리할 수 있다는 공정상 이점을 제공합니다.
본 기술은 실리콘의 높은 이론 용량과 리튬티탄산화물(LTO)의 우수한 율 특성 및 구조 안정성을 하나의 다공성 구형 복합체로 결합한 기술입니다. 특히 1차원 나노 구조의 LTO를 도입하여 복합체 내부의 전기전도도와 리튬 이온 전도도를 함께 높입니다.
기존 흑연 음극은 이론 용량의 한계가 뚜렷했고, 고용량 실리콘 소재는 충방전 시 부피 팽창으로 입자가 파괴되어 수명이 저하되는 문제가 있었습니다. 또한 전기차 상용화에 필요한 고속 충전 성능을 확보하기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 나노 와이어·로드·섬유 형태의 LTO, 실리콘 함유 물질, 결정질 탄소를 혼합해 분무 건조한 다공성 구형 입자로 구성되며, 결정질 탄소가 실리콘 팽창을 완충하고 1차원 LTO가 고속 충전 경로를 제공하도록 설계됩니다. 필요에 따라 비정질 탄소 코팅을 더해 전기전도도와 기계적 강도를 보강합니다. 급속 충전 수요가 큰 전기차 음극재나 흑연 대체용 고용량 블렌딩 소재로 적용될 수 있어, 충전 대기 시간을 줄이면서 셀 에너지 밀도를 함께 확보하는 데 기여합니다.
본 발명은 산업통상자원부의 주파수 조정용 리튬이차전지의 고율 특성 구현을 위한 양극/음극재의 제조 및 전극 제조 공정기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 니켈·코발트·망간 기반 나트륨 이차전지용 양극 활물질에 Ti, Zr 등의 전이금속 도펀트를 균일하게 혼합·도핑하여 결정구조 안정성을 강화하고, 고전압 영역에서의 구조 붕괴를 억제해 전지 성능을 개선하는 기술입니다.
기존 나트륨 이차전지용 양극 활물질은 충방전 과정에서 결정구조의 상전이나 붕괴가 쉽게 일어났습니다. 이 때문에 용량을 높이고 수명 특성을 확보하는 데 한계가 존재했습니다.
본 기술은 볼밀링 공정으로 전이금속 산화물 전구체 입자의 내부와 표면에 TiO2, ZrO2 등 도펀트 전구체를 고르게 분포시킨 뒤 열처리하여, 입자 강도와 탭 밀도가 향상된 2차 입자 형태의 양극 활물질을 얻도록 구성됩니다. 리튬 자원 의존도를 낮춰야 하는 대용량 에너지저장장치나 저가형 전기 이륜차용 나트륨 전지에 적용될 수 있어, 고전압 충전 영역까지 활용 범위를 넓히면서 셀당 저장 에너지를 끌어올릴 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 인터페이스 최적화 맞춤형 rod-shape 이차전지소재 원천 및 상용화기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 전기 전도성을 갖는 전위보호막(그래핀 폼 등)으로 전해질을 외부 전해질과 나노구조체 음극활물질이 접하는 내부 전해질로 나누고, 충전 시 외부 전해질 계면에만 전위차와 SEI 층이 형성되도록 유도하여 활물질 표면의 부반응을 억제하는 기술입니다.
실리콘과 같은 고용량 음극 재료는 충방전 과정에서 부피가 크게 변하면서 전극 계면의 SEI(Solid-electrolyte Interphase) 층이 반복적으로 파괴되고 다시 생성되었습니다. 이로 인해 용량이 점차 감소하고 사이클 수명이 단축되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 3차원 마이크로-관형 그래핀 폼을 전위보호막으로 사용해 내부 전해질을 물리적·전기적으로 분리하고, 내부 공간에 성장시킨 니켈실리사이드 등 나노와이어 활물질 표면에는 SEI 층이 생기지 않도록 제어하도록 구성됩니다. 실리콘계 고용량 음극을 채용하는 전기차용 배터리나 고율 충방전이 요구되는 전동공구용 전지에 적용될 수 있어, 반복 충전에도 활물질 표면이 깨끗하게 유지되어 장기 용량 보존에 유리합니다.
본 발명은 미래창조과학부의 휴먼인터페이스용 3D 나노아키텍쳐 하이브리드 소재 및 소자 개발고율 특성 구현을 위한 양극/음극재의 제조 및 전극 제조 공정기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 탄소나노튜브(CNT) 표면에 별도의 산처리 없이 마이크로파를 인가하여 용액 속 전이금속 염으로부터 전이금속 산화물 나노입자를 선택적으로 불균일 핵생성 및 성장시키는 제조 기술입니다. CNT의 자유 전자가 마이크로파 에너지를 흡수해 국부적으로 고온 가열되는 원리를 이용하여 나노입자를 균일하게 적층합니다.
기존 전이금속 산화물/CNT 복합체 제조에서는 CNT 표면 산처리가 필수였기 때문에 공정 시간과 비용이 늘어나고 CNT 구조가 손상되는 문제가 있었습니다. 또한 스피넬 구조 Li4Ti5O12는 나노화가 어렵고 도전성이 낮아 고율 충방전 특성과 용량 발현이 제한되었습니다.
본 기술은 마이크로파 합성 장치로 2.45~60 GHz 주파수에서 10~30분간 가열하여 산처리 없이 CNT 표면에 2~30 nm 크기의 Fe3O4, TiO2, Li4Ti5O12 나노입자를 균일하게 형성하도록 구성됩니다. Li4Ti5O12는 수소 포함 아르곤 분위기에서 500~900℃ 열처리하여 스피넬 구조를 안정화합니다. 고출력 하이브리드 차량용 전지, 급속 충전 LTO 음극, 리튬이온 커패시터 전극 등에 적용될 수 있어 수십 분 내 합성이 끝나는 짧은 공정으로 양산 비용 부담을 덜 수 있습니다.
본 기술은 다공성 고분자 기재 표면의 무기 박막층에 1~100 kGy의 방사선을 조사하여 고분자 기재와 무기 박막층 사이에 Si-O-C, Si-O-Si 등의 화학적 공유 결합을 유도하는 기술입니다. 이를 통해 계면 접착력을 향상시킵니다.
기존 고분자 복합체 세퍼레이터는 고온에서 열 수축이 발생해 안정성이 떨어지는 문제가 있었습니다. 또한 고분자 기재와 무기 박막층 사이의 결합력이 약해 박리가 일어났고, 이것이 내부 단락과 전지 폭발 위험으로 이어질 수 있었습니다.
본 기술은 다공성 고분자 기재에 산소 플라즈마 처리로 친수성을 부여한 뒤 SiO2, Al2O3 등 무기 박막층을 증착하고, 이어서 전자선 등 1~100 kGy 범위의 방사선을 조사하여 고분자-무기물 계면의 화학 결합을 강화하도록 구성됩니다. 리튬이온전지 내열 분리막, 고안전성 전기차 셀, 수처리용 무기 코팅 멤브레인 등에 적용될 수 있어 별도 접착 바인더 없이도 무기층 박리를 막아 내부 단락 사고 가능성을 낮출 수 있습니다.
본 발명은 미래창조과학부의 유기 환경 오염물 저감형 광전기화학 수소 생산 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 다공성 기재의 표면 또는 내부에 PVdF-HFP 공중합체와 리튬 이온이 결합된 그래핀 산화물(Graphene Oxide)을 포함하는 코팅층을 형성하는 기술입니다. 이를 통해 이온 이동도와 함께 열적·기계적 안정성을 향상시킵니다.
기존 폴리올레핀 세퍼레이터는 고온에서 열수축이 일어나고 기계적 강도가 부족한 문제가 있었습니다. 또한 그래핀 산화물을 단순히 코팅하는 방식은 기재와의 결합력이 약하고 이온 투과성을 개선하는 데에도 한계가 존재했습니다.
본 기술은 PVdF-HFP 공중합체 매트릭스 안에 리튬 이온과 양이온-파이 결합된 그래핀 산화물을 분산시켜 코팅층을 구성하고, 리튬 이온의 반발력과 전기적 친화력으로 전해질 내 리튬 이온 이동도를 높이도록 구성됩니다. 나노·마이크로 공극 구조도 함께 제어됩니다. 고출력 전기차 배터리, 급속 충전형 파우치 셀, 슈퍼커패시터 등 전기화학 소자에 적용될 수 있어 미량의 그래핀 산화물 첨가만으로 고율 충방전 특성과 고온 치수 안정성을 함께 끌어올릴 수 있습니다.
본 발명은 미래창조과학부의 유기 환경 오염물 저감형 광전기화학 수소 생산 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 규소-금속 합금 화합물의 금속 성분을 산성 용액으로 녹여내 미세 소기공(micro-pore)을 먼저 만들고, 이어서 염기성 용액으로 다시 에칭하여 규소 입자 내부 기공을 키우는 방식으로 다공성 규소를 제조하는 기술입니다.
종래 다공성 규소 제조 방식은 인체에 유해한 불산(HF)을 반드시 사용해야 하는 문제가 있었습니다. 고가의 귀금속 촉매나 값비싼 공정 설비가 필요하고 기공 크기를 조절하기 어려워, 음극의 부피 팽창 억제와 수명 개선에 한계가 존재했습니다.
본 기술은 불산 없이 0.1~0.4M 산성 용액으로 합금 속 금속을 제거해 소기공을 만들고, 0.05~0.3M 염기성 용액으로 소기공 주변 규소를 추가 에칭한 뒤 산성 용액으로 중화하는 2단계 에칭 공정으로 구성됩니다. 확보된 내부 기공이 리튬화 시 규소의 팽창을 흡수하여 전극 수명이 늘어납니다. 실리콘 음극 소재 양산 공정, 작업자 안전 규제가 엄격한 화학 플랜트, 장수명 리튬 이차전지 음극에 적용될 수 있어, HCl·NaOH 같은 범용 약품만으로 기공 구조를 조절할 수 있습니다.
본 발명은 산업통상자원부의 전기차용 고에너지밀도 리튬이온 이차전지 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 전고체 전지의 양극 또는 음극 복합 전극 안에 영률(Young's modulus)이 서로 다른 황화물계 글래스 세라믹과 황화물계 결정질을 함께 배치하여, 입자 간 공극을 줄이고 활물질과 고체 전해질의 접촉 면적을 극대화하는 기술입니다.
전고체 전지는 전극 내부와 계면에 생기는 공극 때문에 접촉 저항이 커지는 문제가 있었습니다. 게다가 충·방전 중 활물질이 팽창과 수축을 반복하면서 입자 간 균열이 생기고 접촉 면적이 줄어 전기화학적 성능이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 14~20 E/GPa 영률의 연질 황화물계 글래스 세라믹과 22~30 E/GPa 영률의 아지로다이트형 황화물계 결정질을 25:75 중량비로 섞은 고체 전해질을 복합 전극에 적용하도록 구성됩니다. 부드러운 글래스 세라믹이 결정질 입자 사이 빈틈을 메워 전극 내부 다공성을 낮추고 충·방전 중 계면 접촉을 유지합니다. 황화물계 전고체 전지의 후막 양극, 낮은 구속 압력에서 운전되는 차량용 전고체 모듈에 적용될 수 있어, 고압 셀 가압 설비에 대한 의존도를 덜어줄 수 있습니다.
본 발명은 방위사업청의 고안전성ㆍ극한환경용 전고체전지 핵심 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 저렴한 물유리(알칼리 규산염)를 원료로 삼아 이온교환수지로 금속 이온을 수소 이온으로 치환하고, 스프레이 건조와 스캐빈저(NaCl)를 포함한 환원 공정을 거쳐 부피 팽창을 균일하게 제어할 수 있는 SiOx 음극 활물질을 제조하는 기술입니다.
실리콘계 음극은 충·방전 시 400% 이상의 큰 부피 변화를 겪어 수명이 빠르게 저하되는 문제가 있었습니다. SiOx 계열 음극 활물질 역시 제조 비용이 높고 초기 효율이 낮다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 물유리의 알칼리 금속 이온을 수소 이온으로 교환한 뒤 스프레이 건조로 구형 분말을 만들고, 건조물·환원제(Mg)·스캐빈저(NaCl)를 1:0.7~1.3:0.5~1.5 중량비로 반응시켜 Mg2SiO4 같은 불순물 생성을 억제하도록 구성됩니다. 필요하면 도파민 전구체로 탄소 코팅층을 추가 형성합니다. 흑연 음극에 혼합하는 SiOx 첨가제, 보급형 전기차와 소형 전자기기용 고용량 음극 원료에 적용될 수 있어, 범용 화학원료인 규산나트륨으로 고가 SiO 증착 공정을 대체할 여지를 줍니다.
본 발명은 산업통상자원부의 주파수 조정용 리튬이차전지의 고율 특성 구현을 위한 양극/음극재의 제조 및 전극 제조 공정기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 양극 슬러리에 카본 블랙 같은 구형 제1 도전성 물질과 선형 제2 도전성 물질인 그래핀 나노리본을 특정 비율로 섞어, 구형 입자 사이사이에 나노리본이 배치된 3차원 네트워크를 형성함으로써 전기 전도도와 분산성을 높이는 기술입니다.
카본 블랙 등 단일 도전재만 사용하면 두꺼운 전극 내부까지 효과적인 도전 경로를 만들기 어려운 문제가 있었습니다. 특히 고율 충방전 조건에서는 전자 이송이 원활하지 않아 용량과 출력 특성이 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 탄소 나노튜브를 길이 방향으로 개방하여 표면에 하이드록시기(-OH)와 카복시기(-COOH)가 도입된 그래핀 나노리본을 만들고, 이를 구형 도전재와 95:5~85:15 중량비로 혼합하여 극성 용매 내 분산성을 확보하도록 구성됩니다. 후막 고로딩 양극, 고출력 하이브리드 차량용 셀, 급속충전 대응 전극 슬러리 배합에 적용될 수 있어, 소량의 나노리본 첨가만으로 점과 선이 이어진 전자 통로를 구축할 수 있습니다.
본 발명은 산업통상자원부의 주파수 조정용 리튬이차전지의 고율 특성 구현을 위한 양극/음극재의 제조 및 전극 제조 공정기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 고함량 니켈계 양극활물질의 일차입자 표면 말단에 텅스텐(W)을 도핑하여, 층상 구조와 공존하는 스피넬 구조를 미리 형성함으로써 구조적 안정성을 확보하는 기술입니다.
니켈 함량이 높은 양극활물질은 충방전 사이클이 진행될수록 층상 구조가 불안정해지고 표면에 불규칙한 스피넬 구조가 생겨나는 문제가 있었습니다. 이 과정에서 마이크로 크랙이 발생하여 수명과 열적 안정성이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 이차입자 표면부 일차입자의 말단에 W 함량으로 깊이를 조절한 5~50nm 두께의 스피넬 영역을 최초 충전 전에 형성하도록 구성됩니다. W 도핑은 격자 파라미터 a를 늘려 리튬 이온 확산을 돕고, 미리 자리 잡은 스피넬 구조가 사이클 중 무질서한 상전이를 막아줍니다. Ni 90mol% 이상의 울트라 하이니켈 양극재와 중대형 전지팩용 장수명 셀에 적용될 수 있어, 500사이클 후 80% 이상의 용량 유지율을 겨냥한 양극 소재 설계의 기반이 됩니다.
본 기술은 상온·상압 조건에서 리튬 또는 금속이 용해된 아민계 용액에 실리콘 나노입자를 혼합하여 실리콘 입자 내부에 리튬(또는 금속)을 삽입, 도핑하는 용액 공정 기술입니다.
기존 실리콘계 음극활물질은 초기 충·방전 때 리튬이 소모되어 초기 비가역 용량이 큰 문제가 있었습니다. 또한 충·방전 과정의 부피 팽창과 수축으로 SEI 층이 파괴되면서 수명이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 아민계 용매에 리튬 금속이나 리튬 화합물을 녹인 다음 Si와 SiO2가 혼합된 실리콘 나노입자와 반응시키고, 필터링과 잔여 용매 증발의 2단계 분리로 리튬이 미리 도핑된 실리콘 나노입자를 얻도록 구성됩니다. 실리콘-흑연 혼합 음극, 고에너지 전기차 셀, 프리리튬화 공정 라인 등에 적용될 수 있어 고온·고압 설비 없이도 초기 효율 손실을 메워 양극 용량을 더 온전히 활용할 수 있습니다.
본 발명은 미래창조과학부의 유기 환경 오염물 저감형 광전기화학 수소 생산 지원을 통해 개발되었습니다.
