본 기술은 몰리브덴과 셀레늄을 포함하는 금속 화합물층과 탄소층을 교대로 적층하고, 금속 화합물층을 탄소층 사이에 선천적(inherently)으로 배치해 속박함으로써 활물질 용출을 억제하고 전도성을 끌어올리는 복합 구조체입니다.
기존 리튬-셀레늄 전지 등에서는 활물질인 셀레늄이 전해질로 용출되어 수명 특성이 떨어졌고, 금속 합금계 활물질은 충방전 중 부피가 팽창하면서 전극이 손상되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 몰리브덴 소스, 셀레늄 소스, 탄소 소스를 동시에 혼합해 1차 열처리로 중간 생성물을 얻고, 2차 열처리를 통해 그래핀 또는 그래핀 산화물 탄소층 사이에 금속 화합물층이 반복 적층된 복합 소재를 제조하며, 필요 시 탄소 쉘층을 덧입혀 속박력을 극대화하도록 구성됩니다. 리튬 이온전지와 리튬-셀레늄 전지의 양극, 나트륨·마그네슘 금속 전지, 리튬이온커패시터 음극 등에 적용될 수 있어 하나의 소재 플랫폼으로 여러 전기화학 저장 장치를 동시에 공략할 수 있다는 사업적 장점이 있습니다.
본 발명은 오스트리아 국립연구소의 Novel layered dichalcogenide with high performance anode materials for lithium ion batteries 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 아민계 용매와 티올계 용매를 섞은 공용매로 불용성 전구체와 전극 활물질을 균일하게 용해·분산시킨 뒤 열처리하여, 황화물계 고체전해질 위에 활물질이 결합된 아기로다이트(argyrodite) 구조의 전극 복합체를 제조하는 습식 합성 기술입니다.
기존 습식 합성법은 고체전해질 원료의 용해도가 낮아 분산이 불균일하고 잔류 용매가 남는 문제가 있었습니다. 또한 도전재, 활물질, 전해질을 물리적으로 혼합하는 복잡한 전극 제조 공정이 필수여서 이온전도도와 계면 안정성이 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 에틸렌디아민과 에탄디티올을 1:0.05~0.5 부피비로 혼합한 공용매로 반응물을 균일한 용액 상태로 만들고, 210~800℃ 열처리를 거쳐 고체전해질과 활물질이 계면 결합된 복합체를 형성해 바인더 없이도 높은 이온전도도와 밀착력을 확보하도록 구성됩니다. FeS2 등 전환형 양극을 쓰는 리튬 전고체 전지와 Na11Sn2PS12 기반 나트륨 전고체 전지의 양극 제조에 적용될 수 있어 별도의 건식 혼합 공정을 생략하고 활물질-전해질 접촉 면적을 넓힐 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 R2R 타입의 고이온전도 기능성 고체전해질 막 핵심 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 리튬할라이드(Li3-xM11-xM2xX6) 구조에서 +3가 금속(M1)을 +4가 금속(M2)으로 이종 원자가 치환(aliovalent substitution)하여 결정 구조를 단사정계(monoclinic)와 사방정계 II(orthorhombic II)로 상전이시킴으로써 리튬 이온 전도도를 향상시키는 기술입니다.
기존 산화물계, 황화물계, 수소화붕소계 고체전해질은 이온 전도도가 낮거나 계면 저항이 높고 전기화학적으로 불안정한 문제가 있었습니다. 일부는 독성 가스를 발생시키거나 합성 공정이 복잡해 대량 생산에 한계가 존재했습니다.
본 기술은 Yb(M1)와 Hf 또는 Zr(M2)를 정해진 몰비로 혼합한 뒤 400~500℃에서 열처리해 결정 구조를 제어하도록 구성되며, 단사정계와 사방정계 II가 혼재된 구조를 구현해 1~3 mS/cm의 이온 전도도와 0.1~0.5 eV의 낮은 활성화 에너지를 확보합니다. 산화물 양극과 직접 맞닿는 전고체 전지의 양극 복합층, 전기차용 고안전 셀 및 건식 밀링 기반 전해질 양산 공정에 적용될 수 있어 황화수소 발생 우려 없이 상온 고전도 전해질을 구현할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 R2R 타입의 고이온전도 가능성 고체전해질 막 핵심 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 리튬-니켈-코발트-알루미늄(NCA) 복합 산화물 표면에 정해진 양의 인듐(In)을 도핑하여, 비정형 다각형이던 입자 구조를 종횡비 5~10의 나노막대(nanorod) 형태로 바꿈으로써 리튬 이온 확산 경로를 단축하고 이온·전하 전달 효율을 극대화하는 양극 소재 기술입니다.
기존 NCA 양극 활물질은 1차 입자가 비정형 다각형 구조를 가져 리튬 이온의 확산 경로가 길고, 입계(grain boundary)가 많아 이온 전달 저항이 큰 문제가 있었습니다. 이 때문에 고속 충전 시 성능이 저하되고 사이클 수명이 짧아지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 전이금속 화합물 전구체에 리튬 전구체와 인듐(III) 아세틸아세토네이트를 혼합해 700~740℃ 산소 분위기에서 소성함으로써, 면간거리(D003) 0.4~0.5nm의 층상 구조를 유지하면서 인듐이 도핑된 종횡비 5~10의 나노막대형 양극 활물질을 합성하도록 구성됩니다. 고상 혼합과 단일 소성만으로 제조되므로 급속충전용 전기차 셀, 고출력 전동공구 배터리 및 통신장치 전원에 적용될 수 있어 극소량의 도펀트만으로 입자 형상을 제어해 원가 부담 없이 율 특성을 끌어올립니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 Materials Computation 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 몰리브덴(Mo)과 황(S)을 포함하는 금속 화합물층과 탄소층을 반복적으로 적층하고 그 외부를 탄소 쉘로 감싸, 충방전 중 생성되는 리튬-황 화합물이 전해질로 녹아 나오는 것을 물리적으로 막는 양극활물질 구조입니다.
기존 리튬-황 전지의 양극활물질은 충방전 과정에서 생성된 폴리설파이드가 전해질로 용출되면서 활물질이 손실되었고, 그 결과 수명 특성과 용량 유지율이 빠르게 저하되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 몰리브덴 소스, 황 소스, 탄소 소스를 혼합해 1차 열처리와 2차 열처리를 순차 진행함으로써 탄소층 사이에 금속 화합물층을 선천적으로 배치하고, 바깥에 탄소 쉘층을 형성해 리튬-황 화합물을 구조적으로 속박하도록 구성됩니다. 드론, 고고도 무인기, 경량 전기 항공기처럼 무게 대비 에너지가 중요한 분야의 리튬-황 전지에 적용될 수 있어 장기 사이클 동안 황 활물질 손실을 최소화할 수 있습니다.
본 발명은 오스트리아 국립연구소의 Novel layered dichalcogenide with high performance anode materials for lithium ion batteries 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 고분자 다공성 지지체 내부에 액체 전해질과 2개 이상의 이중결합 작용기를 지닌 이온성 액체 가교제를 함침시킨 뒤 열처리로 화학적 가교 결합을 형성하여, 난연성과 열적 안정성을 크게 높인 겔 고분자 전해질 기술입니다.
기존 액체 전해질은 가연성 유기 용매를 사용하기 때문에 내부 단락이나 온도 상승 시 발화 및 화재 위험이 컸습니다. 단순 겔 전해질 역시 높은 점도로 인해 이온 전도도가 떨어지고 누액이 발생하는 문제가 있었습니다.
본 기술은 이중결합 작용기를 2개 이상 가진 이온성 액체 가교제를 30 wt% 이상 투입하여 가교 밀도가 높은 고분자 네트워크를 형성함으로써 전해액 휘발을 억제하고 난연성을 높이며, 폴리아미드이미드(PAI) 등의 섬유형 다공성 지지체로 젖음성과 전기화학적 안정성을 함께 개선하도록 구성됩니다. 리튬 이온전지는 물론 나트륨 이온전지, 대형 ESS 모듈, 전기차 배터리팩에 적용될 수 있어 열폭주에 따른 화재 리스크를 근본적으로 낮추는 데 기여합니다.
본 발명은 산업통상자원부의 초고사양 슈퍼커패시터 개발 및 고출력 모듈 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 은 나노와이어와 아연 입자를 각각 탄소나노튜브(CNT) 시트로 감싸 꼬아 섬유형 전극을 만들고, 이 섬유 전극들을 다시 서로 꼬아 전해질과 함께 배치함으로써 유연성과 전도성을 동시에 확보한 은-아연 전지 구조입니다.
기존 평판형 전지는 형태가 고정되어 있어 설계 자유도가 낮았고, 웨어러블 기기에 적용하기에는 유연성과 기계적 안정성이 부족하다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 양극활물질인 은 나노와이어를 제1 CNT 시트로, 음극활물질인 아연 입자를 제2 CNT 시트로 감싸 섬유로 제조한 뒤 이를 나선형으로 꼬고 전해질로 코팅하여 일체형 고유연 구조를 구현하도록 구성됩니다. 스마트 의류, 웨어러블 헬스케어 센서, 접히는 전자기기 전원 등에 적용될 수 있어 굽힘이나 비틀림이 반복되는 환경에서도 끊김 없는 전력 공급이 가능합니다.
본 발명은 미래창조과학부의 환경감응형 자가에너지 생성 및 구동 시스템 연구 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 리튬 금속 또는 리튬 합금 음극을 쓰는 이차전지의 전해액에 카본다이설파이드(CS2)와 황화인(phosphorus sulfide)을 함께 첨가하는 기술입니다. 두 첨가제가 리튬 금속 표면에 유무기 복합 보호막을 형성해 수지상 성장을 억제하고 수명 특성을 개선합니다.
리튬 금속을 음극으로 사용하면 전해액과의 반응으로 두꺼운 저항층이 생기는 문제가 있었습니다. 또한 덴드라이트에 의한 단락과 불활성 리튬(dead lithium) 축적으로 전지 효율이 떨어지고 사이클 수명이 짧아지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 액체 카본다이설파이드에 고체 황화인을 녹인 용액을 카보네이트계 전해액에 혼합하도록 구성됩니다. CS2는 리튬 금속의 보호막 형성과 안정화를 돕고, 카보네이트 용매에 잘 녹지 않는 황화인을 녹여 전달함으로써 리튬 금속 표면에 효과적인 유무기 복합막이 만들어집니다. 리튬금속 이차전지와 리튬 합금 음극 셀의 전해액 첨가제 패키지 등에 적용될 수 있어, 기존 카보네이트 전해액 라인을 그대로 활용하면서 첨가제 조합만으로 음극 계면을 개선할 수 있습니다.
본 발명은 산업통상자원부의 차세대 리튬이온전지 GET-Future 연구실 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 규소산화물과 마그네슘 수소화물을 반응시킬 때 알칼리 금속 할로겐 화합물을 첨가해 마그네슘 가스 누출을 억제하는 규소산화물 복합 음극 활물질 기술입니다. 균질한 마그네슘 실리케이트를 형성하고, 세정 공정으로 전기화학적 부도체인 산화마그네슘(MgO) 함량을 최소화합니다.
종래 마그네슘-규소산화물 복합체 제조 공정에서는 마그네슘 가스가 증발하거나 누출되어 반응의 균질도가 낮아지는 문제가 있었습니다. 또한 생성된 산화마그네슘이 부도체로 작용해 전기화학적 성능과 초기 효율을 떨어뜨리는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 알칼리 금속 할로겐 화합물(MX)을 반응 보조제로 써서 마그네슘 가스 누출을 막고, 열처리 후 증류수나 산성 수용액으로 세정해 잔류 MgO를 줄이도록 구성됩니다. 표면에는 탄소 소재를 코팅하여 전기화학적 안정성을 더합니다. 스마트폰과 전기차용 실리콘 혼합 음극 등에 적용될 수 있어, 흑연 대비 높은 용량을 확보하면서 첫 사이클 쿨롱 효율 손실을 줄일 수 있습니다.
본 기술은 리튬이차전지 내부 전극원자와 전해질원자의 전기음성도와 부분전하를 계산해 원자 간 상호작용 및 화학반응 여부를 시뮬레이션하고, 이를 토대로 덴드라이트 성장 과정과 첨가제의 억제 효과를 실시간으로 예측하는 전산모사 기술입니다.
기존 실험적 분석 기술은 충방전이 끝난 뒤의 결과물 이미지만 확인할 수 있어 덴드라이트가 자라는 과정을 실시간으로 파악하기 어려운 문제가 있었습니다. 첨가제 효과를 검증하려면 매번 실제 전지 셀을 제작해 시험해야 했기 때문에 시간과 비용 측면의 비효율이 컸습니다.
본 기술은 반응성 력장(ReaxFF)과 전기음성도 기반 전하 평형법(ACKS2)을 사용해 분자 수준에서 덴드라이트 생성을 예측하고, 덴드라이트가 집중되는 애노드 영역과 비집중 영역인 캐소드에 서로 다른 연산 모델을 적용해 시뮬레이션 효율을 최적화하도록 구성됩니다. 전해액 첨가제 스크리닝, 리튬금속 음극 소재 개발 및 셀 설계 초기 단계의 가상 검증 도구에 적용될 수 있어 시제품 셀 제작 횟수를 크게 줄이고 후보 물질 탐색 기간을 단축합니다.
본 기술은 불포화 탄소 이중결합을 가진 고분자에 황 공여체, 가황 촉진제, 활성제(ZnO, 스테아릭산)를 혼합한 뒤 열처리하여 고분자 사슬 내 탄소와 황의 공유 결합으로 3차원 네트워크 구조를 형성함으로써, 바인더의 기계적 물성과 황화물계 고체전해질과의 상용성을 확보하는 기술입니다.
기존 고무계 바인더는 전극 건조 과정에서 기재로부터 탈리되거나 전극이 깨지고, 활물질의 팽창·수축을 충분히 억제하지 못하는 문제가 있었습니다. 일반적인 가교 방식은 황화물계 고체전해질과 극성 상호작용을 일으켜 전해질을 손상시키는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 부타디엔 고무 등 불포화 고분자에 황을 도입한 가황 시스템을 적용해 공유 결합 기반의 3차원 네트워크를 형성하고, 라만 분석상 폴리설파이드/디설파이드 결합 세기 비율 1.1~3.1을 만족하는 구조로 고체전해질 손상을 방지하면서 전극 내구성과 산화 안정성을 높이도록 구성됩니다. 황화물계 전고체 전지의 양극·음극 합제와 고체전해질 시트 제조에 적용될 수 있어 기존 고무 가공 원료와 비극성 용매를 그대로 활용하면서 대면적 전극의 균열과 박리를 줄일 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 R2R 타입의 고이온전도 기능성 고체전해질 막 핵심 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 실리콘 마이크로입자 외표면에 산화제와 첨가제로 기능화한 2차원 스캐폴드 형태의 산화 탄소계 나노 구조체를 고분자 바인더를 매개로 수소 결합시켜, 코어-쉘 구조의 음극 활물질을 형성하는 기술입니다.
실리콘 음극은 충·방전 중 심각한 부피 팽창이 일어나 입자가 파쇄되고 전기적으로 고립된 입자가 생기는 문제가 있었습니다. 여기에 불안정한 고체 전해질 피막(SEI)이 반복 형성되면서 용량이 급격히 감소하고 전극이 열화되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 CNT 등 탄소계 나노재료를 산화해 2차원 스캐폴드 형태로 기능화하고, 이를 CMC 등 고분자 바인더를 이용해 실리콘 마이크로입자 표면에 수소 결합 방식으로 균일하게 코팅함으로써 부피 팽창을 억제하고 SEI 형성을 최소화하도록 구성됩니다. 원심분리 기반의 간단한 습식 공정이어서 고용량 실리콘 음극재 양산 라인, 급속충전형 전기차 셀 및 스마트폰용 고밀도 배터리에 적용될 수 있어 값비싼 나노 실리콘 대신 마이크로 실리콘으로도 안정적인 수명을 확보할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 다중 헤테로 정션을 포함하는 반도체 싱글 나노입자 제조 및 고효율/고선택 광전기화학 Solar-to-X 소자 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 니켈 계열 양극활물질 내부에 텅스텐 등 첨가 금속을 2mol% 미만 도핑하는 기술입니다. 입자 내부의 삼방정계 결정 구조와 표면의 입방정계 결정 구조 비율을 조절해 구조적 안정성, 열적 안정성 및 수명 특성을 개선합니다.
기존 니켈 계열 양극활물질은 고전압 충방전 시 구조가 불안정해지고 입자가 붕괴되는 문제가 있었습니다. 잔류 리튬으로 인한 가스 발생과 전해질 내 플루오린(F) 침투로 성능이 떨어지는 한계도 존재했습니다.
본 기술은 텅스텐 등 첨가 금속을 전구체 단계부터 도핑해 입자 전체에 고르게 분포시키고, 첨가 금속 농도에 비례해 소성 온도를 높여 결정 구조를 제어하도록 구성됩니다. 특히 입자 표면의 입방정계 비율을 높여 보호막처럼 작동하게 함으로써 전해질과의 부반응을 막고 리튬 이온 이동 경로를 안정화합니다. 고전압 충전이 요구되는 전기차 및 플러그인 하이브리드 배터리 등에 적용될 수 있어, 별도 코팅 공정을 추가하지 않고 도핑만으로 표면 안정화와 가스 발생 저감을 동시에 얻을 수 있습니다.
본 기술은 알킬기나 머캡토기 같은 유기 작용기를 도입한 실리카 입자를 주형으로 삼아 금속과 혼합한 뒤 400~1200℃ 저온 열환원과 산 에칭을 거치는 기술입니다. 이를 통해 실리콘 카바이드의 구조(단일, 복합체)와 형태(구형, 중공형, 래틀형)를 정밀하게 제어합니다.
종래의 애치슨법은 2000℃ 이상의 초고온 설비가 필요해 공정이 복잡하고 에너지 소모가 큰 문제가 있었습니다. 또한 외부 주형을 쓰는 중공형 및 래틀형 입자 제조 방식은 공정 단계가 많고 구조가 붕괴될 위험이 있었습니다.
본 기술은 유기 작용기가 부착된 실리카 입자를 직접 합성하고, 작용기 종류와 열환원 시간, 금속 열환원 전후의 열처리 조건을 독립적으로 제어하도록 구성됩니다. 그 결과 별도 주형 없이도 실리콘 카바이드 단일구조나 실리콘 및 탄소 복합체 구조, 중공형 또는 래틀형 입자를 효율적으로 얻습니다. 실리콘계 음극재의 부피 팽창 완충 소재와 내열 세라믹 필러 등에 적용될 수 있어, 고온 설비 투자 없이 입자 내부 빈 공간을 설계한 맞춤형 SiC 분말을 공급할 수 있습니다.
본 기술은 무음극 리튬이차전지의 양극 활물질층에 희생 양극활물질(Li2Cu(1-y)NiyO2)을 도입하는 기술입니다. 이 물질은 초기 충전 때 리튬 공급원 역할을 하고 방전 후에도 탈리튬화 상태를 유지하여, 비가역적으로 소모되는 리튬을 보충하고 음극 집전체에 얇고 균일한 잉여 리튬층을 형성합니다.
무음극 리튬이차전지는 충방전 과정에서 전해액과의 부반응으로 SEI 층이 계속 형성되는 문제가 있었습니다. 여기에 리튬 수지상 성장과 불균일한 리튬 전착이 더해져 전지가 불안정해지고 수명이 짧아지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 메인 양극활물질과 함께 Li2Cu(1-y)NiyO2 (0.3≤y≤0.5) 희생 양극활물질을 10~40 wt% 함유시키도록 구성됩니다. 초기 충전 시 희생 물질에서 나온 리튬이 음극 집전체에 전착되고, 방전 후에도 희생 물질이 재리튬화되지 않아 후속 사이클에서 소모되는 리튬을 메울 잉여 리튬층이 남게 됩니다. 초경량 웨어러블 기기와 고에너지 밀도 모바일 배터리 등에 적용될 수 있어, 음극 소재를 생략해 부피를 줄이면서도 사이클이 거듭될 때의 용량 손실을 완화할 수 있습니다.
본 발명은 산업통상자원부의 도시광산의 희소금속 재자원화 기술 고급트랙 지원을 통해 개발되었습니다.
