본 기술은 리튬 이차 전지용 복합 산화물 양극 활물질 표면에 알루미늄(Al)과 니켈(Ni)을 함유한 특정 조성의 불화물(AlaNibFc) 코팅층을 형성하여, 전극 구조 안정성을 높이고 고전압 환경에서의 전기화학적 성능과 사이클 수명을 개선하는 기술입니다.
리튬-코발트계, 니켈계, 망간계 양극 활물질은 고용량화가 가능하지만 고전압에서 구조가 불안정해지는 문제가 있었습니다. 전해액과의 부반응으로 용량이 떨어지고 사이클 수명이 짧아지는 한계도 함께 존재했습니다.
본 기술은 0.15≤a≤1.05, 0.05≤b≤0.35, 2≤a/b≤4, c=3(a+b)를 만족하는 AlaNibFc 불화물을 복합 산화물 입자에 0.1~10 중량% 코팅하되, Al·Ni 화합물 수용액에 활물질을 분산하고 불소 화합물 수용액을 넣어 70~100℃에서 교반한 후 400~600℃에서 열처리하도록 구성됩니다. 4.5V급 고전압 충전을 채택한 플래그십 모바일 기기와 고에너지 전기차 셀의 양극에 적용될 수 있어, 충전 상한 전압을 끌어올려도 표면 열화가 누적되지 않는 설계 여유를 제공합니다.
본 기술은 리튬 화합물과 바나듐 화합물을 포함하는 전구체 용액을 분무 열분해(Spray Pyrolysis)하여 사방정계(orthorhombic) 결정구조를 갖는 미세한 구형 Li-V-O계 금속 산화물 음극 활물질을 합성하는 기술입니다.
기존 흑연계 음극 재료는 밀도가 낮아 단위 부피당 에너지 밀도가 떨어지고 유기 전해액과 부반응을 일으키는 문제가 있었습니다. 일반적인 습식 합성법으로 만든 금속 산화물 역시 입자가 크고 균일도가 낮아 충방전 용량과 사이클 특성 개선에 한계가 있었습니다.
본 기술은 Li/V 몰비를 3.0 이상으로 맞춘 조성물을 초음파 네브라이저로 분사해 600~900℃ 고온 챔버에서 18~24시간 열분해한 뒤 300~600℃에서 추가 열처리하여, 평균 입경 0.1~5㎛의 사방정계 구형 입자를 얻도록 구성됩니다. 부피 제약이 큰 스마트폰·노트북용 소형 셀이나 체적 에너지 밀도를 중시하는 차량용 모듈의 음극 소재로 적용될 수 있어, 흑연을 대체하면서 연속식 공정으로 입도가 고른 분말을 대량 생산하기에 유리합니다.
본 기술은 KxNi[Fe(CN)6]1-y·z(H2O) 화학식의 프러시안 블루 유사체(PBA)를 칼슘 이온 이차전지 활물질로 사용하여, 칼슘 이온의 가역적인 인터칼레이션과 디인터칼레이션 반응을 구현하는 기술입니다.
기존 칼슘 이차전지용 전극 소재는 분극이 커서 에너지 효율이 낮거나 고온에서만 작동하는 경우가 많았습니다. 또한 비수계 전해액에서 이온의 가역적 탈·삽입 반응을 확보하기 어려운 기술적 한계가 존재했습니다.
본 기술은 Ni 이온 용해액과 K4[Fe(CN)6]의 침전 반응으로 합성한 활물질을 사용하고, 전기화학적 방법으로 칼륨 함량을 x=0.4~1로 조절해 결정 구조를 최적화하도록 구성됩니다. 이를 통해 상온 비수계 전해액에서도 1V 미만의 낮은 분극으로 칼슘 이온이 가역적으로 거동하며, 상온 운전형 칼슘 전지와 대규모 신재생 연계 저장 설비에 적용될 수 있어 고온 유지 설비에 드는 운영 부담을 덜어 줍니다.
본 기술은 투명 전도성 기판 위에 TiO2, WO3, PANI 등 광감응 재료를 포함한 음극 활물질층을 형성하여, 빛이 조사될 때 광전효과로 전도도와 전자 밀도를 높이고 리튬 이온의 층간 삽입(intercalation)을 촉진함으로써 전지 용량을 향상시키는 기술입니다.
기존 흑연계 음극 활물질은 이론 용량이 약 372 mAh/g에 그치는 한계가 있었습니다. 이를 넘어서기 위해 Si, Sn 등 합금계 음극을 사용하면 부피 팽창으로 구조가 파괴되고 사이클 특성이 저하되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 광감응 재료 80~90 중량%, 도전재 3~5 중량%, 바인더 5~15 중량%로 이루어진 조성물을 투명 전도성 기판에 도포해, 빛 에너지로 생성된 광전하가 리튬 이온 수송을 돕고 충방전 용량을 늘리도록 구성됩니다. 태양광과 결합한 자가충전형 전원, 투명 디스플레이 일체형 전지, 리튬이온 커패시터에 적용될 수 있어 외부 빛을 전지 성능 향상의 보조 에너지로 끌어들이는 새로운 설계가 가능합니다.
본 기술은 니켈-철 기반 프러시안 블루 유사체(KxNi[Fe(CN)6]1-y·z(H2O))를 알루미늄 이온 이차전지의 양극 또는 음극 활물질로 채용하고, 결정 격자 내 칼륨(K) 함량을 제어해 알루미늄 이온의 가역적 탈·삽입 성능을 최적화한 기술입니다.
흑연, V2O5, TiO2, Mo6S8 등 기존 알루미늄 이온 전지용 활물질은 전해질을 과도하게 사용해야 해서 에너지 밀도가 낮아지는 문제가 있었습니다. 또한 특정 전해질에서만 반응하거나 작동 전압 범위가 불명확해 수계와 비수계 전해질 모두에서 안정적인 성능을 내기 어려웠습니다.
본 기술은 0
본 기술은 NCM 양극재 표면에 황산칼슘(CaSO4)을 첨가한 뒤 열처리하여 Ca2+ 이온과 SO42- 이온으로 기능화된 인위적 양극-전해질 중간상(CEI) 층을 형성함으로써 계면 안정성을 개선하는 기술입니다.
고함량 니켈 NCM 양극재는 충전 중 생성되는 불안정한 Ni4+가 전해질 분해를 촉진하는 문제가 있었습니다. 분해 부산물이 양극 표면에 쌓여 리튬 이온의 이동을 가로막으면서 사이클링 성능이 급격히 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 NCM 양극 활물질에 0.1~0.5 중량%의 황산칼슘을 혼합하고 열처리하여, Ca2+는 산소와 결합하고 SO42-는 잔류 리튬을 포함한 양이온과 결합하는 이중 기능화 CEI 층이 만들어지도록 구성됩니다. NCM811 기반 고에너지 전기차 배터리와 장수명 전력저장 셀의 양극 공정에 적용될 수 있어, 잔류 리튬 부담을 덜면서 표면 부산물 축적을 늦추는 효과를 기대할 수 있습니다.
본 기술은 알릴(Allyl)기와 술폰(Sulfone)기를 동시에 지닌 알릴페닐 술폰(APS)을 리튬 이차전지 전해액에 첨가하여 양극 표면에 안정적인 CEI(Cathode-Electrolyte Interphase) 층을 형성하고, 전해액 속 F- 이온을 제거해 전극 계면의 안정성을 높이는 기술입니다.
Ni-rich NCM 양극재는 충·방전 과정에서 전해질이 분해되고, 이때 생성된 F- 종이 전이금속 용출과 표면 부식을 일으키는 문제가 있었습니다. 그 결과 고온 환경에서 사이클 성능이 급격히 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 전해액 총 중량 대비 0.1 중량% 이상 0.5 중량% 미만의 APS 첨가제를 사용하여, 술폰기가 양극 표면에서 이온 도체이자 전자 절연체로 작용해 전해질 분해를 억제하고 알릴기가 친핵성 F- 이온과 반응해 이를 제거하도록 구성됩니다. 이 방식은 고니켈 NCM 양극을 채택한 전기차용 셀과 고온에서 운용되는 에너지저장장치에 적용될 수 있어, 소량의 첨가만으로 CEI 층을 강화하고 전이금속 용출에 따른 용량 손실을 줄여 줍니다.
본 기술은 UV 경화성 아크릴계 고분자와 열 경화성 에폭시계 고분자를 혼합한 이중경화형 고분자 매트릭스를 구성하여, 고분자 전해질의 유연성, 이온전도도, 기계적 안정성, 기판 부착력을 동시에 최적화하는 기술입니다.
기존 겔형 고분자 전해질은 기계적 안정성과 환경 안정성이 부족한 문제가 있었습니다. 접착력이 우수한 고분자를 채택하면 강성이 지나치게 높아져 이온전도도가 떨어지는 상충 관계(Trade-off)가 발생하는 한계도 존재했습니다.
본 기술은 PEGDA 등 UV 경화성 화합물과 DGEBA 등 열 경화성 화합물을 1:1~2:1 중량비로 담은 매트릭스 형성재 25~35wt%에 알칼리염·가소제·이온성 액체로 이루어진 이온 복합체 65~75wt%를 결합한 뒤 이중 경화 공정을 거치도록 구성됩니다. 플렉서블 전지, 웨어러블 디바이스용 파우치 셀, 전기변색 소자 등 기판 밀착이 중요한 전기화학 소자에 적용될 수 있어 굽힘이 반복되어도 박리 없이 이온 수송 경로를 유지할 수 있습니다.
본 기술은 리튬 니켈계 산화물(LNO)의 구조적 안정성을 높이기 위해 하프늄(Hf)을 도핑하고, 전구체법·고상법·혼합법 중 제조 방법을 선택해 양극재 입자 내부와 표면의 하프늄 농도 분포를 최적화함으로써 충방전 사이클 안정성과 초기 용량을 개선하는 기술입니다.
리튬 니켈계 산화물은 충방전을 반복하는 동안 산소가 분해되고 스피넬 구조로 상전이가 일어나 구조가 불안정해지는 문제가 있었습니다. 그 결과 수명이 빠르게 열화되고 표면에 잔류 리튬이 쌓여 성능이 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 산화 하프늄과 수산화 리튬을 혼합한 베이스 소스를 활용하며, 전구체법으로는 입자 전체에 균일하게 도핑하여 사이클 안정성을 높이고, 고상법으로는 표면 도핑 농도를 높여 초기 용량을 끌어올리며, 혼합법으로는 내부 침투와 표면 도핑을 동시에 구현하도록 구성됩니다. 코발트 프리 고니켈 양극을 요구하는 전기차 및 장거리 모빌리티 배터리에 적용될 수 있어 고가 코발트 의존도를 낮추면서 잔류 리튬 저감 효과까지 얻을 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 원자 수준에서 제어된 금속 나노클러스터의 물성과 광전기화학적 거동간의 상관관계 규명 연구 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 LiMnO2 기반 양극활물질에 망간 대비 1:0.01~0.02 몰비로 바나듐(V)을 도핑하여 구조적 안정성을 확보하고, 2단계 열처리로 불순물 생성을 억제하여 충방전 효율과 용량을 높이는 기술입니다.
기존 LiMnO2 계열 양극활물질은 용량이 낮고 충방전을 반복할수록 열화되어 용량이 줄어드는 문제가 있었습니다. 또한 도핑량이 과도하면 Li3VO4 같은 불순물이 생겨 오히려 성능이 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 Li1+a(Mn1-bMb)1-aO2 (M=V) 조성에서 망간 대비 바나듐 몰비를 0.01~0.02로 정밀 제어하고, 산소 분위기에서 400~600℃ 1차 및 450~750℃ 2차 열처리를 연속 수행하여 결정성을 높이고 불순물 형성을 최소화하도록 구성됩니다. 코발트 사용을 줄이려는 보급형 전기자전거 배터리나 대용량 망간계 ESS 셀에 적용될 수 있어, 값싼 망간 원료로도 충방전 효율 손실을 낮춘 양극을 생산하는 길을 열어 줍니다.
본 기술은 Li/Ti 비율을 화학양론적으로 미세하게 조정한 Li2-xTi1+xO3 (0 < x < 0.1) 단일상 금속 산화물을 구현하여, 리튬 이온의 삽입과 탈리가 어려웠던 Li2TiO3의 한계를 극복하고 가역적인 충방전 반응과 전위 평탄 구간을 확보하는 기술입니다.
기존 Li2TiO3 기반 음극 활물질은 리튬 이온의 가역적 삽입과 탈리가 원활하지 않았습니다. 그 결과 충방전 곡선에 평탄 구간이 나타나지 않고 방전 용량도 낮은 기술적 한계가 존재했습니다.
본 기술은 리튬 공급원과 티타늄 공급원을 혼합해 산화 분위기에서 600~900℃로 열처리함으로써 결정 내 리튬과 티타늄 비율을 조절한 Li2-xTi1+xO3 (바람직하게 0 < x ≤ 0.033)를 합성하도록 구성됩니다. 안정된 작동 전압이 중요한 저온·고안전 산업용 배터리나 스마트그리드 보조 전원의 음극에 적용될 수 있어, 단사정계 구조를 유지하면서도 뚜렷한 전압 평탄부를 통해 셀 전압 관리가 한결 수월해집니다.
본 기술은 흑연 음극활물질 슬러리의 점도를 2000~3900 cP 범위로 조절한 상태에서 1~20T의 자기장을 인가해, 흑연의 층상 결정 구조를 특정 방향으로 정렬하여 리튬 이온 전도도를 높이는 기술입니다.
흑연 음극의 용량을 키우기 위해 전극 로딩량을 늘리면 리튬 이온이 이동할 수 있는 경로가 제한되었습니다. 이로 인해 두꺼운 전극일수록 이온 전도도가 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 NMP 등 용매의 함량을 슬러리 전체의 5~10 중량%로 제어해 점도를 2000~3900 cP로 최적화하고, 자기장 공간에서 흑연 결정의 c-축 정렬을 유도해 균일한 품질과 개선된 이온 전도도를 동시에 확보하도록 구성됩니다. 고로딩 후막 음극이 필요한 장거리 전기차 배터리와 급속충전 셀의 음극 코팅 공정에 적용될 수 있어, 로딩량을 늘리면서도 리튬 석출 위험을 줄이는 방향으로 전극을 설계할 수 있습니다.
본 기술은 다결정 양극활물질 슬러리에 자기장을 인가해 결정 구조를 c-축 방향으로 정렬함으로써 리튬 이온 전도도를 높이는 제조 기술입니다. 슬러리 내 용매 함량을 5~10 중량%로 맞춰 2500~3600 cP의 점도 범위에서 자기장 배향 효율을 극대화합니다.
다결정 양극활물질은 단결정보다 리튬 이온 전도도가 낮고, 이를 개선하려던 기존 기술은 공정성과 비용 측면에서 한계가 있었습니다. 특히 슬러리 점도가 적절하지 않으면 자기장에 의한 배향이 제대로 일어나지 않거나 전극 표면의 균일성이 떨어지는 문제가 발생했습니다.
본 기술은 LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 등의 양극활물질, 도전재, 극성 비양성자성 용매로 이루어진 슬러리의 용매 함량을 조절해 점도를 제어한 뒤 1~20T 자기장으로 결정 방향을 정렬하여, XRD c-평면 피크를 관리하고 θRFA 55.9~57.0도 수준의 고배향 양극을 얻도록 구성됩니다. 삼원계 NCM 양극을 사용하는 전기차 배터리와 고율 방전이 필요한 파워툴 전지 제조에 적용될 수 있어, XRD 기반 상대면각 지표로 배향 품질을 정량 관리할 수 있다는 실무적 이점도 있습니다.
본 기술은 리튬인산철(LiFePO4) 등 올리빈 구조 양극 활물질 슬러리를 도포한 뒤 10T~20T의 강자기장을 인가해, 활물질 결정을 리튬 이온 전도도가 높은 b-axis 방향으로 강제 배향시키는 기술입니다.
다결정 양극 활물질은 리튬 이온 전도도에 한계가 있었고, 이를 보완하려고 단결정을 쓰는 방식은 상업 공정에서 비용과 효율 면에서 부담이 컸습니다. 이 때문에 활물질의 출력과 에너지 밀도를 끌어올리는 데 제약이 있었습니다.
본 기술은 용매 함량 4~6 중량%, 점도 3,000~3,500 cP로 슬러리 조건을 최적화하고 자기장 공간에서 10T~20T를 가해 b-axis 방향으로 결정을 정렬한 뒤, 배향 구조를 유지한 채 압연해 집전체 접합력과 막 균일성을 확보하도록 구성됩니다. 고출력이 요구되는 전기버스·전동공구용 LFP 셀과 급속충전형 ESS의 양극 생산 라인에 적용될 수 있어, 값비싼 단결정 소재 없이도 이온 이동 경로가 짧은 전극을 구현할 수 있습니다.
본 기술은 N,N,N,N-테트라에틸술파미드(NTESA)를 양극 활물질과 혼합한 뒤 열처리하여 양극 표면에 아민기와 술폰기로 기능화된 인공 CEI(Cathode-Electrolyte Interphase) 층을 형성함으로써 계면 안정성을 향상시키는 기술입니다.
Ni-rich NCM 양극 활물질은 높은 Ni 함량 때문에 충전 중 Ni4+ 종이 생성되어 전해질 분해를 촉진하였고, 그 결과 전극과 전해질 사이의 계면 저항이 커지고 사이클 수명이 줄어드는 문제가 있었습니다.
본 기술은 NTESA 첨가제를 양극재 중량 대비 1.0~5.0 중량%로 혼합하고 400℃에서 열처리하여 표면을 개질하도록 구성되며, 이렇게 형성된 아민·술폰 기능화 CEI 층이 HF를 포획하고 전해질과의 직접 접촉을 막아 전해질 분해와 전이금속 용출을 억제합니다. NCM811 등 하이니켈 양극재를 생산하는 소재 기업의 후처리 공정에 적용될 수 있어 기존 소성 설비에 첨가제 혼합 단계만 추가하는 방식으로 코팅 공정 전환 비용을 줄일 수 있습니다.
