본 기술은 리튬이온이차전지 전해질에 트리스(트리메틸실릴)포스파이트(TMSP)를 첨가하여, 전기화학적 환원과 화학 반응 경로를 거쳐 그래파이트 음극 표면에 인(P)과 규소(Si)를 함유한 안정한 SEI 층을 형성함으로써 전지의 수명과 고온 안정성을 높이는 기술입니다.
기존 VC 등의 전해질 첨가제는 고용량 양극재와의 상용성이 부족하여 사이클 수명이 떨어지고 고온에서 스웰링이 발생하는 문제가 있었습니다. 또한 SEI 층이 불균일하게 형성되어 전해질이 지속적으로 분해되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 전해질 전체 중량 대비 3중량%의 TMSP와 에틸렌카보네이트(EC)·에틸메틸카보네이트(EMC) 혼합 유기용매를 사용하여, XPS와 31P-NMR에서 특정 피크를 나타내는 화학적으로 개질된 SEI 층이 음극 표면에 형성되도록 구성됩니다. 이 전해질은 그래파이트 음극을 채용한 전기차용 파우치 셀, 고온 환경에 노출되는 에너지저장장치 셀 등에 적용될 수 있어 50사이클 이후에도 95% 이상의 비용량 유지율을 기대할 수 있습니다.
본 기술은 전기전도성을 가진 아닐린 주쇄에 극성 작용기(-COOH)를 가진 안트라닐산을 공중합하여 실리콘 나노입자와의 결합력을 높인 전도성 고분자 바인더 기술입니다. 실리콘 음극의 부피 팽창을 효과적으로 수용합니다.
실리콘 음극 활물질은 충·방전 시 300~400%에 이르는 급격한 부피 변화로 전극이 탈리되는 문제가 있었습니다. 기존 PVdF 등 바인더는 실리콘과의 물리적 상호작용이 부족하여 전지 수명과 효율이 빠르게 열화되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 아닐린과 안트라닐산을 0.45:0.55~0.55:0.45의 몰비로 중합한 PAAA(Poly(aniline-co-anthranilic acid)) 공중합체를 바인더로 사용하도록 구성됩니다. -COOH 작용기가 실리콘 표면(SiO2, Si-OH) 및 집전체와 수소 결합을 형성해 접착력을 강화하고 리튬 이온 전도도를 높여 부피 팽창에 따른 기계적 스트레스를 완화합니다. 실리콘 나노입자 음극을 쓰는 고용량 리튬 이차전지와 전도성 바인더 소재 사업에 적용될 수 있어, 상온에서 수 시간 내 끝나는 간결한 중합 공정 덕분에 소재 생산 원가 부담도 낮습니다.
본 기술은 벌크형 전이금속 산화물을 질소 가스 분위기에서 열처리해 산소 일부를 질소로 치환하고 기공을 만든 중간 생성물을 얻은 뒤, 산소 가스 분위기에서 추가 열처리하여 질소가 도핑된 다공성 전이금속 화합물을 제조하는 기술입니다.
기존 벌크형 전이금속 산화물은 비표면적이 작고 결정립이 커서, 리튬 이차 전지의 전극 활물질로 쓰면 리튬 이온 확산 속도가 제한되고 용량과 수명 특성이 낮아지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 TiO2 또는 Co3O4 벌크 산화물을 암모니아 분위기에서 질화 처리해 티타늄 산질화물이나 코발트 일산화물 중간 생성물을 만든 다음, 산소 분위기에서 산화 처리하여 원래와 동일한 결정 구조를 유지하면서 기공이 도입되고 결정립이 작아진 나노 다공 구조로 변환하도록 구성됩니다. 휴대기기와 전동공구용 리튬 이차 전지의 고용량 음극 활물질에 적용될 수 있어, 조성비는 원료와 같게 유지하면서도 내부 기공 면적을 외부 표면적 이상으로 키워 전해질 접촉 면적을 크게 넓힐 수 있습니다.
본 발명은 삼성전자 미래기술육성센터의 순차적 기상 반응을 이용한 고용량/고속충전용 전극소재 개발 연구 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 벌크 타입 금속 산화물을 질소 분위기에서 열처리해 산소 함량이 낮고 기공이 형성된 금속 화합물 구조체를 만든 뒤, 산소 분위기에서 다시 열처리하여 비표면적이 넓고 결정립이 미세한 질소 도핑 금속 산화물 구조체를 얻는 Top-down 공정 기술입니다.
기존 벌크 소재는 비표면적이 낮고 결정립이 커서 이온 확산 경로가 비효율적이었고, 그 결과 리튬 이차 전지의 전기화학적 성능이 제한되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 금속 원소가 4~8족인지 9족인지에 따라 1차와 2차 열처리 온도의 대소 관계를 달리 제어하며, 암모니아 분위기의 1차 열처리로 산질화물 등 다공성 전구체를 생성하고 산소 분위기의 2차 열처리로 질소 도핑과 아나타제 상 같은 준안정 결정 구조를 형성하도록 구성됩니다. 티타늄·니오븀·코발트·철 산화물계 음극 소재와 광촉매·센서용 다공성 산화물 생산에 적용될 수 있어, 상용 벌크 분말을 원료로 별도 템플릿 없이 나노 다공 구조를 얻을 수 있다는 점이 강점입니다.
본 발명은 삼성전자 미래기술육성센터의 순차적 기상 반응을 이용한 고용량/고속충전용 전극소재 개발 연구 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 0.4~0.9nm의 기공을 갖는 Co-MOF-74를 양극 조성물에 전극 첨가제로 도입하는 기술입니다. 충·방전 중 양극 표면에 남는 불안정한 Ni, Mn, Co 이온을 선택적으로 포획하여 금속 용출을 억제하고 전극 계면 안정성을 높입니다.
NCM811 등 Ni-rich 양극은 표면의 불안정한 Ni4+ 종이 전해질과 반응해 전이금속이 녹아 나오는 문제가 있었습니다. 용출된 금속 이온은 음극으로 이동해 SEI 층 형성을 방해하고 양극 구조 변형을 가속하여 장기 사이클 성능을 떨어뜨렸습니다.
본 기술은 2,5-다이하이드록시 테레프탈산과 Co(NO3)2·6H2O로 합성한 Co-MOF-74를 양극 조성물 총 중량 대비 5중량% 첨가하도록 구성됩니다. 미세 기공의 MOF가 전이금속을 선택적으로 붙잡아 용출을 억제하고, 고온 사이클링 시 용량 보유율을 높이며 음극 표면의 전해질 분해 부가물 생성을 막습니다. 고온에서 장시간 운용되는 전기차 배터리팩과 고니켈 양극 기반 셀 설계에 적용될 수 있어, 활물질 조성을 바꾸지 않고 첨가제 투입만으로 양극과 음극 양쪽의 열화를 함께 늦출 수 있습니다.
본 기술은 트리페닐 보레이트(Triphenyl borate)를 전해질 첨가제로 사용하는 기술입니다. 루이스 산-염기 반응으로 니켈-리치 양극 표면의 잔여 리튬(LiOH, Li2CO3)을 제거하고, 전기화학적 산화를 통해 양극 표면에 안정적인 CEI(Cathode-Electrolyte Interphase) 보호막을 형성합니다.
니켈-리치 양극 표면에 남은 LiOH, Li2CO3 등 리튬 부산물은 충방전 중 분해되며 가스를 발생시켜 셀 팽창을 일으키는 문제가 있었습니다. 고전압 환경에서는 전해질 분해를 촉진하여 니켈 용출과 구조적 불안정을 야기하고 사이클 수명을 떨어뜨렸습니다.
본 기술은 트리페닐 보레이트 등 보레이트계 화합물을 전해질에 1~3%, 최적 2% 농도로 첨가하여 잔여 리튬을 화학적으로 결합·제거하고 양극 표면에 보호막을 형성하도록 구성됩니다. 이로써 전해질의 추가 분해와 전이금속 용출을 억제하여 셀 내부 압력 상승을 막고 수명 특성을 개선합니다. 통신장치, 운송장치, 에너지 저장장치 등에 쓰이는 니켈-리치 리튬이온전지에 적용될 수 있어, 양극재 수세 공정 부담을 전해액 첨가만으로 덜어 내고 스웰링 불량을 줄이는 데 유리합니다.
본 기술은 비수계 방식으로 금속 산화물 입자를 합성한 뒤 비산소 분위기에서 2차 열처리를 수행하여, 입자 표면에 탄소막을 형성하는 동시에 표면의 산소 결핍부(oxygen vacancy) 개수를 정밀하게 제어하는 복합 소재 제조 기술입니다.
기존 수계 공정으로 만든 금속 산화물 입자는 입자 크기를 줄이는 데 한계가 있어 리튬 이온 확산 거리가 길었고, 산소 결핍부가 최적화되지 않아 전도성과 충방전 용량이 떨어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 유기물 소스와 티타늄 알콕사이드 등 액상 금속 소스를 혼합한 베이스 용액을 1차 열처리하여 금속 산화물 입자를 합성하고, 외부 탄소를 추가하지 않은 채 500~700℃ 비산소 분위기에서 2차 열처리하여 잔존 유기물을 탄소막으로 전환하도록 구성됩니다. 고속 충전용 리튬 이차전지 음극과 장수명 에너지저장장치용 티타늄 산화물계 셀에 적용될 수 있어, 열처리 온도만 조정하여 산소 결핍부 밀도와 충방전 용량을 맞춤 설계할 수 있습니다.
본 발명은 삼성전자 미래기술육성센터의 순차적 기상 반응을 이용한 고용량/고속충전용 전극소재 개발 연구 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 할로겐 이온을 매개로 암모늄 이온을 셀룰로스 나노 섬유에 결합시킨 뒤, 잔류 할로겐 이온을 수산화 이온으로 교환하여 이온 전도도와 기계적 물성을 함께 확보한 셀룰로스 기반 고체 전해질 제조 기술입니다.
기존 겔 고분자 전해질은 이온 전도도를 높이려고 액체 함량을 늘리면 기계적 물성이 떨어지고, 강도를 보강하려고 고분자 함량을 늘리면 이온 전도도가 낮아지는 상충 관계(Trade-off)를 벗어나기 어려운 문제가 있었습니다.
본 기술은 셀룰로스 나노 섬유를 암모늄 이온과 염소 이온(Cl-)이 존재하는 용매에서 처리해 암모늄 이온을 섬유 표면에 안정적으로 결합시키고, K+ 같은 제1 금속 양이온을 활용해 수산화 이온(OH-)으로의 이온 교환 효율을 높이도록 구성됩니다. 아연-공기 전지 등 금속-공기 전지와 플렉서블 웨어러블 전원의 전해질 막에 적용될 수 있어, 바이오매스 유래 소재로 누액 걱정 없는 유연한 셀을 설계할 수 있는 장점이 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 태양광-폐열 에너지 융합 고전력 Pt-free 광전기화학-열전 융합소자 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 구리 전해도금 시 과전압을 인가해 생성된 수소 거품을 형판(template)으로 활용하여 다공성 구리 박막을 형성하는 전극 집전체 제조 기술입니다. 휘발성 유기용매와 증류수로 교차 세척하여 기공 내부의 잔여물을 효과적으로 제거합니다.
기존 리튬 금속 전지는 집전체 위에서 리튬 수상돌기(dendrite)가 성장하는 문제가 있었습니다. 또한 다공성 전극 제조 과정에서 기공 내부에 남은 전구체와 부산물이 첫 충·방전 효율을 떨어뜨리는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 전해도금 시 고전류 밀도를 인가해 다공성 구리 구조를 만든 뒤, 에탄올 등 휘발성 유기용매와 증류수를 9~19회 번갈아 침지 세척하여 기공 내 잔류물을 제거하도록 구성됩니다. 이를 통해 초기 쿨롱 효율과 장기 안정성이 개선됩니다. 리튬 금속 음극을 사용하는 차세대 고에너지 전지와 무음극(anode-free) 셀용 집전체 제조에 적용될 수 있어, 넓은 표면적의 3차원 구조가 국부 전류를 분산시켜 덴드라이트 성장을 누그러뜨립니다.
본 기술은 도파민이 도입된 폴리아크릴산(Dopamine-PAA)과 염기성 고분자인 폴리아닐린(PANI)을 이온 결합시켜 가교된 고분자 바인더를 구현하는 기술입니다. 도파민은 실리콘 표면과 수소 결합하여 접착력을 높이고, PANI는 PAA의 카복실산과 이온 결합하여 기계적 물성과 전기 전도성을 함께 향상시킵니다.
실리콘 음극은 충·방전 시 약 400%에 달하는 부피 변화로 전극이 미분쇄되는 문제가 있었습니다. 이로 인해 전자 전달 경로가 끊기고 전해질 부반응이 늘어 효율 저하와 수명 단축이 발생했으며, 기존 CMC, SBR 등의 바인더로는 이러한 물리적 스트레스를 견디는 데 한계가 존재했습니다.
본 기술은 도파민 세그먼트가 도입된 폴리아크릴산(제1 공중합체)에 폴리아닐린(제2 공중합체)을 10wt% 비율로 혼합하여 카복실산과 질소 간 이온 결합에 의한 가교 구조를 형성하도록 구성됩니다. 이 구조가 전극의 기계적 내구성과 실리콘 접착력을 높여 가역 용량과 수명을 개선합니다. 실리콘 또는 실리콘-흑연 복합 음극을 채택하는 고용량 리튬 이차전지에 적용될 수 있어, 0.6~0.7 N 수준의 박리강도로 반복 팽창 속에서도 전극 탈리를 막아 줍니다.
본 기술은 전해 동박 제조 공정과 그래핀 코팅 공정을 하나의 습식 롤투롤(Roll-to-Roll) 시스템으로 결합하여, 별도의 접착제 없이 동박 표면에 그래핀을 연속적으로 코팅하는 기술입니다.
기존 CVD 방식은 공정이 비연속적이고 비용이 높았으며, 딥핑(Dipping) 방식은 생산성이 낮고 접착제를 사용해야 해 공정이 복잡해지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 전해조에서 석출된 동박을 세척·건조한 뒤 그래핀 분산 용액이 담긴 코팅조로 곧바로 투입하여 코팅하고, 외부 저장조에서 그래핀을 주기적으로 보충해 농도를 일정하게 유지한 다음 건조와 권취를 거치도록 구성됩니다. 리튬이온전지 음극 집전체와 방열·전자파 차폐용 동박 소재 양산 라인에 적용될 수 있어, 동박 생산 직후 코팅까지 한 라인에서 끝내 설비 투자와 공정 단계를 줄일 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 엣지부분산화 그래핀 제조 및 기능화를 통한 복합중간재 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 리튬 금속 산화물을 합성하기 전에 질소 가스 분위기에서 금속 산화물을 열처리하여 산소 비율이 낮은 제2 금속 산화물을 만들고, 이를 통해 입자 내부에 공극 영역을 갖는 코어-쉘 구조를 형성하면서 결정립 크기를 제어하는 양극활물질 제조 기술입니다.
기존 양극활물질은 충방전 과정에서 구조적으로 불안정하고 리튬 확산 계수가 낮으며 계면 저항이 높아, 전기화학적 성능과 수명이 쉽게 저하되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 제1 금속 산화물을 NH3 가스 등 질소 분위기에서 열처리하여 결정립을 미세화하고 내부 공극을 포함하는 2차 입자 형태의 제2 금속 산화물을 얻은 뒤, 이를 리튬염과 소성하여 리튬 금속 산화물을 합성하도록 구성됩니다. 전기차용 고출력 배터리 셀과 급속 충전형 소형 전지의 양극 소재에 적용될 수 있어, 내부 공극이 충방전 중 부피 변화를 흡수하고 짧아진 확산 경로가 리튬 이동을 빠르게 하는 효과를 기대할 수 있습니다.
본 발명은 삼성전자 미래기술육성센터의 순차적 기상 반응을 이용한 고용량/고속충전용 전극소재 개발 연구 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 고에너지 밀도의 NCM(니켈·코발트·망간) 활물질층 위에 전기화학적 안정성이 높은 LFP(리튬인산철) 활물질층을 보호층으로 적층한 멀티 레이어 전극 구조입니다. 이를 통해 전해질과의 계면에서 일어나는 퇴화를 억제합니다.
전극이 두꺼워질수록 집전체에서 먼 윗부분, 즉 전해질과 맞닿는 계면에서 활물질 퇴화가 가속되어 출력과 수명이 저하되는 문제가 있었습니다. 기존의 비활성 물질 코팅 방식은 보호층이 너무 얇아 보호 효과가 불충분하거나 공정이 복잡하다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 집전체 위에 NCM 활물질을 포함하는 제1 활물질층을 형성하고, 그 상부에 계면 보호 역할을 하는 LFP 제2 활물질층을 캐스팅하여 적층하도록 구성됩니다. 두 층의 두께 비를 5:3으로 맞추고 100~140℃ 건조 조건과 90:5:5 중량비를 최적화하여 계면 안정성과 내구성을 확보합니다. 휴대용 전자기기, 이동 유닛, 전력 기기 및 에너지 저장장치용 리튬이온전지 전극에 적용될 수 있어, 보호층 자체도 용량을 내는 활물질이므로 에너지 밀도 손실을 최소화할 수 있습니다.
본 기술은 비닐피리딘(A블록)과 에틸렌옥사이드(B블록)로 이루어진 [A]-[B]-[A] 구조의 삼중블록 고분자를 주쇄로 하는 겔형 고분자 전해질 막 기술입니다. RAFT 중합으로 미세기공 형태의 나노 구조를 형성하여 이온 이동 채널을 확보합니다.
종래의 PVdF-HFP 등 고분자 전해질은 별도의 지지체를 사용해야 하는 문제가 있었습니다. 또한 기계적 물성과 이온 전도도가 서로 상충하여 성능 향상에 한계가 존재했습니다.
본 기술은 RAFT 중합으로 합성한 삼중블록 고분자에 PEG를 이용한 가교 반응을 도입하도록 구성됩니다. 이로써 지지체 없이도 기계적 강도를 유지하면서 나노 채널을 통해 이온 전도도를 크게 높입니다. 누액 위험을 줄여야 하는 파우치형 리튬 이차전지와 플렉서블·웨어러블 전원용 전해질 막에 적용될 수 있어, 분리막 부품을 생략한 셀 설계의 여지를 넓혀 줍니다.
본 기술은 제1 금속과 제2 금속을 포함하는 유기 금속 구조체를 열처리하여 탄화 구조체를 만든 뒤, 도핑 소스와 반응시켜 표면의 금속을 단원자(single atom) 상태의 도핑 금속으로 치환함으로써 음극의 전기화학적 특성을 개선하는 기술입니다.
기존 나노 구조체나 벌크 금속 상태의 음극활물질은 충방전을 반복할 때 구조가 불안정해지는 문제가 있었습니다. 또한 율 특성이 낮고 수명이 빠르게 저하되는 기술적 한계가 존재했습니다.
본 기술은 금속 유기 구조체(MOF)의 열처리와 치환 반응을 통해 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 등의 도핑 금속을 탄화 구조체 표면에 단원자 상태로 배치하고, 마이크로 기공을 금속 원자로 채워 안정성과 전도성을 확보하도록 구성됩니다. 이에 리튬 이차전지 고율 음극과 리튬 금속 핵생성 호스트 소재에 적용될 수 있어 극미량의 귀금속만으로 전도 경로를 확보하여 소재 원가 부담을 줄일 수 있습니다.
본 발명은 삼성전자 미래기술육성센터의 순차적 기상 반응을 이용한 고용량/고속충전용 전극소재 개발 연구 지원을 통해 개발되었습니다.
