본 기술은 금속 집전체 표면을 기계적으로 그라인딩하여 요철을 만든 뒤, 흑연과 실리카계 클래이(clay)가 섞인 연필심을 직접 문질러 바인더 없이 그래핀 층을 결착시키는 전극 제조 기술입니다.
기존 바인더 사용 공정은 전극 내부 저항을 키우고 활성 면적을 줄이는 문제가 있었습니다. 또한 충·방전 중 팽윤으로 바인더가 용해되면서 활물질이 떨어져 나가 전지 용량과 안정성이 저하되는 한계가 있었습니다.
본 기술은 볼 밀 등으로 금속 호일을 그라인딩해 평균 거칠기 2~14㎛의 요철을 만들고, 그 위에 연필심을 문질러 물리적으로 결착된 다층 그래핀 층을 형성하여 바인더 없이도 높은 전기전도도와 균일한 SEI 층을 얻도록 구성됩니다. 교육용 전지 키트, 저비용 소형 이차전지, 플렉서블 전극 시제품 제작 등에 적용될 수 있어 슬러리 혼합과 건조 설비 없이 간단한 도구만으로 음극을 빠르게 만들어 볼 수 있습니다.
본 기술은 실리콘 옥사이드 분말과 보론 화합물 도펀트를 코팅한 더미(dummy) 기판을 물리적으로 떨어뜨려 배치한 뒤 열처리하여, 보론 화합물 불순물을 남기지 않고 보론 원소만 실리콘 옥사이드 내부로 선택적으로 확산시키는 도핑 기술입니다.
실리콘 옥사이드계 활물질은 전기전도도가 낮고 장수명 특성이 부족하다는 문제가 있었습니다. 도펀트를 활물질과 직접 혼합하는 기존 방식은 보론 화합물 불순물이 잔류하여 활물질의 비용량(specific capacity)을 떨어뜨리는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 보로실리케이트 등 보론 화합물을 코팅한 기판과 실리콘 옥사이드 분말을 이격 배치하고 800~1000℃에서 열처리함으로써, 기상 확산(vapor-phase diffusion)으로 보론 원소만 균일하게 도핑하고 실리콘 결정 형성을 유도하도록 구성됩니다. 전기차와 고용량 IT 기기용 실리콘계 음극 소재 양산 라인에 적용될 수 있어 도펀트 잔재 세척 공정 없이도 이온 확산 속도와 사이클 특성이 개선된 음극재를 얻을 수 있습니다.
본 기술은 니켈-리치 층상 산화물 양극 활물질 표면에 유기 실란계 화합물을 기상 증착하여 자기조립단분자막(SAM)을 형성함으로써, 전해질이 입자 내부로 스며드는 것을 막고 계면 안정성을 개선하는 기술입니다.
니켈-리치 양극 활물질은 고전압 충전 시 전해질이 입자 내부로 침투해 부반응을 일으키는 문제가 있었습니다. 이로 인해 가스 발생, 미세균열, 전극 분극이 뒤따르며 배터리 용량과 수명이 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 옥틸트리클로로실란(OTS) 등의 유기 실란 화합물을 기상 증착으로 표면에 입혀 0.1~10nm 두께의 자기조립단분자막을 만들고, Si-O-Ni 공유결합으로 밀착된 소수성 막이 전해질과 활물질의 직접 접촉을 막아 입자 분해와 미세균열을 억제하도록 구성됩니다. 고전압 충전을 요구하는 장거리 전기차 셀과 고에너지 드론 배터리에 적용될 수 있어, 두께 수 나노미터의 얇은 막만으로 가스 팽창과 입자 균열을 함께 다스리는 이점이 있습니다.
본 기술은 실릴 에테르계 첨가제인 트리메톡시메틸실란(TMSi)을 전해액에 넣어, 충·방전 중 그래파이트 음극 표면에 Si-O-Si, Si-O, Si-C 기능기를 갖춘 견고한 고체 전해질 중간상(SEI) 층을 형성하고 전해질의 지속적인 분해를 억제하는 기술입니다.
탄산염 기반 전해질과 그래파이트 음극을 함께 쓰는 기존 전지는 충·방전 동안 전해질이 계속 분해되면서 SEI 층이 불안정하게 만들어지는 문제가 있었습니다. 이 때문에 사이클 수명과 용량 보존율이 점차 낮아지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 전해액 총 중량 대비 0.25 중량% 이상 1.0 중량% 미만의 TMSi를 첨가하고 EC:EMC를 1:2 부피비로 조합하여, 전기화학적 환원 반응을 통해 그래파이트 음극 표면에 Si 기반 SEI 층이 형성되도록 구성됩니다. LMO 스피넬 양극과 흑연 음극을 짝지은 전동공구·전기자전거용 파워 셀에 적용될 수 있어, 장기 사이클 동안 전해액 소모를 억제하고 용량 보존율을 끌어올리는 데 기여합니다.
본 기술은 TiNbO4 전구체를 에틸렌 글라이콜계 2차 알코올 기반 졸-겔법으로 만들고 질소 분위기에서 열처리하여, 나노 크기 입자와 내부 기공, 표면 및 내부에 분포한 탄소 원자를 갖춘 음극 활물질을 구현함으로써 리튬 이온 확산 거리를 줄이고 전기전도도를 높이는 기술입니다.
기존 전이 금속 산화물 음극재는 리튬 이온 전도성이 낮고 충방전 사이클 동안 구조가 불안정해지는 문제가 있었습니다. 전자 이동 속도까지 느려 고속 충방전에서 성능이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 타이타늄 뷰톡사이드와 나이오븀 에톡사이드를 2차 알코올에 혼합해 입자 크기를 나노 수준으로 제어하고, 아세톤과 증류수를 가수분해 촉매로 쓰는 졸-겔 반응으로 전구체를 얻은 뒤 질소 환경에서 550℃ 초과 온도로 열처리하여 정방·루타일 결정 구조와 잔류 탄소, 제어된 기공을 확보하도록 구성됩니다. 급속충전형 전기버스, 저온 환경 운용 장비, 고출력 하이브리드 차량용 음극에 적용될 수 있어 열처리 온도 조절만으로 기공 크기와 탄소 함량을 맞춤 설계할 수 있습니다.
본 발명은 교육부의 나노센서 연구소 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 전이금속 수산화물을 암모니아 분위기에서 1차 열처리하여 나노구조 금속 질화물 중간 생성물을 만들고, 이를 리튬 소스와 혼합해 2차 열처리함으로써 1차 입자 내 결정립을 단결정화하고 내부 스트레인을 0.088 수준으로 낮춰 전기전도도와 충방전 효율을 높이는 기술입니다.
기존 LiCoO2 등 양극활물질은 제조 과정에서 구조적으로 불안정해지고 충방전이 반복될수록 수명이 짧아지는 문제가 있었습니다. 특히 1차 입자 내부 결정립이 불균일하고 스트레인이 잔존하여 전기전도도가 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 전이금속 수산화물 전구체를 400℃ 암모니아 분위기에서 열처리해 비표면적이 9배 이상 커진 나노구조 금속 질화물 중간체를 합성한 뒤, 리튬 소스와 혼합하여 산소 분위기에서 다시 소성함으로써 단결정 비율이 높은 1차 입자를 얻도록 구성됩니다. 고전압 리튬 코발트 산화물 기반 모바일 기기 전지와 니켈·망간계 층상 양극 양산 공정에 적용될 수 있어 별도 도핑 없이 열처리 경로만 바꿔 입자 결정성을 개선할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 원자 수준에서 제어된 금속 나노클러스터의 물성과 광전기화학적 거동간의 상관관계 규명 연구 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 리튬-망간계 산화물(Li2MnO3) 구조 안에 이종 금속인 크로뮴(Cr)과 바나듐(V)을 특정 몰수비로 치환하여 격자 안정성을 확보하고, 공침법으로 전구체를 제조하여 전기화학적 성능을 개선하는 기술입니다.
기존 층상 구조 리튬-망간계 산화물은 구조가 불안정하여 사이클 특성이 저하되는 문제가 있었습니다. 스피넬 구조 역시 리튬-코발트계에 비해 용량이 부족한 한계가 존재했습니다.
본 기술은 Li2[Mn1-(x+y)CrxVy]O3 (0<x<0.25, 0<y<0.25) 조성을 목표로, pH 9~13의 크로뮴·바나듐 금속염 용액을 pH 2~6으로 조정해 망간염과 혼합한 뒤 환원제로 공침시켜 전구체를 얻고 2단계 소성으로 결정화하도록 구성됩니다. 리튬 과잉계 고용량 양극을 개발하는 소재 기업이나 코발트 프리 전기차 배터리 개발 과제에 적용될 수 있어, 두 이종 원소가 격자를 함께 지지하므로 망간계 특유의 사이클 퇴화를 완화하는 조성 설계 근거가 됩니다.
본 기술은 환원 침전법으로 비정질상의 망간-전이금속(V 또는 Nb) 복합 침전물을 합성한 뒤 리튬 화합물과 혼합해 저온에서 소성함으로써, 고용량·고결정성 리튬 망간 복합 산화물을 제조하는 기술입니다.
기존 LiMnO2 등 망간계 양극 활물질은 구조 안정성이 낮아 충방전을 반복하면 구조가 무너지며 용량과 충방전 효율이 떨어지는 문제가 있었습니다. 게다가 고온 소성 과정에서 불순물이 생성되는 한계도 존재했습니다.
본 기술은 NaBH4 등의 환원제로 망간과 이종 금속(V 또는 Nb)을 비정질상으로 동시 침전시킨 다음, 리튬 화합물과 섞어 300~800℃의 비교적 낮은 온도에서 2단계 열처리하여 Li1+a(Mn1-bMb)1-aO2 조성의 단일상 산화물을 얻도록 구성됩니다. 소성 에너지 비용을 줄여야 하는 양극재 양산 라인이나 저가형 전력 저장용 망간계 셀에 적용될 수 있어, 원자 수준으로 섞인 전구체 덕분에 낮은 온도에서도 이종 금속이 고르게 자리 잡은 결정을 얻을 수 있습니다.
본 기술은 리튬이차전지 양극 활물질 표면에 Al(2/3)xZnxO(x=0.05~0.2)로 표시되는 알루미늄 도핑 산화아연(AZO) 박막을 1~10nm 두께로 코팅하여, 충·방전 사이클 중 양극에 비가역적인 리튬 이차상이 생기는 것을 억제하고 안정성을 확보하는 기술입니다.
기존 양극 보호층에 쓰이던 산화물은 전기전도성이 낮아 오히려 양극의 전기적 특성을 떨어뜨리는 문제가 있었습니다. 특히 원자층 증착(ALD) 공정으로 적용할 수 있는 물질의 범위가 좁아 최적의 양극 성능을 끌어내기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 아연산화물(ZnO)에 알루미늄을 도핑한 Al(2/3)xZnxO를 보호층 물질로 사용하고, ALD·CVD·스퍼터링 공정으로 1~10nm 두께의 균일한 박막을 형성하여 양극 표면의 물리적·전기적 특성을 정밀하게 제어하도록 구성됩니다. NCM, LCO, LMO, LFP 등 다양한 상용 양극재의 표면 처리 공정에 적용될 수 있어 초기 용량 손실은 최소화하면서 장기 사이클 용량 유지율을 끌어올리는 코팅 솔루션으로 활용됩니다.
본 기술은 리튬염(LiFSI/LiTFSI)과 모노글라임 또는 디글라임 같은 글라임계 용매를 조합한 비수계 전해액을 전기화학적 열전지에 적용하여, 수계 전해액보다 높은 제베크 계수(Seebeck coefficient)를 확보하고 작동 온도 범위를 넓히는 기술입니다.
기존 수계 전해액 기반의 열전지는 제베크 계수가 낮고 작동 온도가 0~100℃ 수준으로 좁았으며, 열전도도까지 상대적으로 높아 에너지 변환 효율이 떨어지는 한계가 있었습니다.
본 기술은 LiFSI 또는 LiTFSI를 0.5~2 M 농도로, 에틸렌글리콜 디메틸에테르(모노글라임) 또는 디에틸렌글리콜 디메틸에테르(디글라임)를 단일 용매로 사용해 전해액을 구성하며, 이를 통해 2~3.0 mV/K의 제베크 계수와 -50~150℃의 작동 범위를 구현하도록 구성됩니다. 산업 배열 회수 발전, 극지·우주용 자가발전 센서 전원, 웨어러블 체열 발전 소자 등에 적용될 수 있어 영하의 저온부터 고온 공정 환경까지 하나의 전해액으로 폐열을 전력으로 바꿀 수 있습니다.
본 기술은 리튬 티타늄 산화물(LTO) 음극 입자 표면에 1~6nm 크기의 질소 도핑 그래핀 양자점(N-GQD)을 코팅해 전도성을 높이고 전해질과의 부반응을 억제하는 표면 개질 기술입니다.
기존 LTO 음극재는 고유 전자전도도와 리튬 이온 확산 계수가 낮아 고속 충·방전 성능에 한계가 있었습니다. 또한 충·방전과 저장 과정에서 전해질이 분해되며 가스가 발생해 셀이 부풀어 오르는 스웰링 문제가 있었습니다.
본 기술은 1μm 미만의 LTO 입자 위에 1~6nm 두께의 질소 도핑 그래핀 양자점 코팅층을 형성해, SEI 층의 과도한 성장을 막고 리튬 이온 확산 계수를 개선하며 전해질 환원 분해를 최소화하도록 구성됩니다. 수만 회 사이클이 요구되는 전력망 주파수 조정용 ESS, 하이브리드 버스, 급속충전형 산업용 전지에 적용될 수 있어 LTO 셀의 고질적인 팽창 불량을 줄이고 장기 운용 신뢰도를 끌어올립니다.
본 기술은 고온 소결 없이 슬러리 캐스팅 방식으로 제조되며, 극성 작용기를 지닌 고분자 바인더(PVdF)와 이온성 액체(BMIM-TFSI)를 적정 비율로 혼합하여 산화물계 고체 전해질 입자 사이의 이온 전도 경로를 확보하고 계면 접착력을 강화한 시트형 전해질 기술입니다.
기존 펠렛형 고체 전해질은 기계적 안정성이 낮아 대면적 가공이 어렵고 고온 소결 공정이 반드시 필요하다는 문제가 있었습니다. 시트형으로 전환하더라도 고분자 바인더가 이온 전도도를 떨어뜨리고 전극과의 계면 저항을 키우는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 Li1+x+yAlxTi2-xSiyP3-yO12로 표시되는 산화물계 고체 전해질, 이온성 액체(BMIM-TFSI), PVdF 바인더를 7:1.5:1.5 내지 8:1:1 중량비로 섞어 60~70㎛ 두께 시트로 성형함으로써 1×10^-4~2×10^-4 S/cm 수준의 이온 전도도와 0.4~0.5 N의 박리 강도를 함께 확보하도록 구성됩니다. 롤투롤 공정 기반의 대면적 전고체 전지 양산과 리튬 금속 음극을 쓰는 차세대 셀에 적용될 수 있어, 소결로 설비 없이도 얇고 다루기 쉬운 전해질 막을 공급할 수 있습니다.
본 기술은 리튬 이차전지 전해액에 2-(트리메틸실릴옥시)에틸메타크릴레이트(TSEMA) 모노머와 AIBN 개시제를 첨가하고, 셀 조립 후 45℃ 에이징으로 전극 내부에서 인시츄(in-situ) 중합을 유도하여 젤 타입 고분자 전해질 네트워크를 형성하는 기술입니다.
기존 액체 전해질은 열적 안정성이 부족하고 누액 위험을 안고 있었습니다. 이를 대체하려던 고체 또는 폴리머 전해질은 이온 전도도가 낮고 전극 계면 특성이 나빠 실제 성능 구현에 한계가 있었습니다.
본 기술은 탄산염계 전해액에 TSEMA 모노머와 AIBN 개시제로 이루어진 프리 폴리머 전해질(PPE)을 섞어 셀 내부에 고르게 확산시킨 다음, 45℃ 열적 에이징을 거쳐 다공성 전극 깊숙이 스며든 젤 형태의 이온 전도 네트워크를 만들도록 구성됩니다. 기존 액체 전해액 주입 라인을 그대로 활용하는 파우치형 셀이나 누액 방지가 중요한 웨어러블 전원에 적용될 수 있어, 설비 변경 부담 없이 준고체 전지로 전환하는 경로를 제공합니다.
본 기술은 수계 공정에서 분리막이 수분을 흡착하는 현상을 억제하기 위해, 코어는 알킬기 함유 (메트)아크릴레이트로, 쉘은 불소 함유 (메트)아크릴레이트로 구성한 코어-쉘 구조 아크릴레이트계 공중합체 에멀전을 포함하는 분리막 코팅용 조성물 기술입니다.
기존 수계 무기물 코팅 분리막은 수분 친화도가 높아 리튬 이차전지 내부 수분 함량을 늘리고 전지 성능을 떨어뜨리는 문제가 있었습니다. 또한 내열성과 다공성 기재에 대한 접착성 측면에서도 한계가 존재했습니다.
본 기술은 코어-쉘 공중합체의 쉘에 불소 작용기를 도입해 발수성을 부여하고, 이를 무기 필러와 함께 수계 코팅 조성물로 사용함으로써 분리막 표면의 수분 친화도를 낮추고 내열성과 기재 접착력을 높이도록 구성됩니다. 친환경 수계 공정으로 생산되는 세라믹 코팅 분리막과 수분 관리가 까다로운 하이니켈 셀 제조에 적용될 수 있어 유기용매 없이도 셀 내 잔류 수분을 낮춘 분리막을 얻을 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 ICT 소재·부품·장비 자립기술 및 도전기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 양극에서 녹아 나오는 전이금속 양이온을 효과적으로 포집하기 위해, 분리막 다공성 코팅층 내 침상형 무기물 입자 표면에 금속 이온과 배위 결합하는 아민계 등 킬레이트 관능기를 코팅하여 금속 포착 면적을 극대화하는 기술입니다.
고전압·고온 충방전 시 니켈, 망간, 코발트 등 양극 활물질에서 용출된 전이금속 이온이 음극으로 이동해 석출되는 문제가 있었습니다. 이로 인해 전극 조립체가 퇴화하고 부반응이 늘어나 전지 수명이 단축되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 할로이사이트, 알루미나 등 침상형 무기물 입자 표면에 킬레이트 관능기를 포함하는 제1 코팅층을 형성하고, 이를 고분자 바인더와 함께 다공성 기재 일면에 도포하여 금속 양이온을 흡착하는 다공성 코팅층을 양극 대면 방향에 배치하도록 구성됩니다. 하이니켈·고전압 양극을 쓰는 전기차 셀과 고온 환경에서 운용되는 ESS 셀에 적용될 수 있어 용출 이온이 음극에 도달하기 전에 걸러내 장기 사이클 수명을 늘릴 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 타겟 특이형 기능적 양면성 분리막 기반 리튬 금속 전지 지원을 통해 개발되었습니다.
