본 기술은 리튬 금속 음극과 황화물계 고체 전해질 사이에 극성기를 가진 CMC 고분자 매트릭스와 LiNO3 리튬염으로 이루어진 보호막을 넣어, 두 물질의 직접 접촉을 막고 계면 저항을 낮춤으로써 덴드라이트 성장을 억제하는 기술입니다.
리튬 금속은 반응성이 매우 높고 황화물계 고체 전해질은 화학적으로 불안정하여 둘이 맞닿는 계면에서 부반응이 일어나는 문제가 있었습니다. 여기에 충방전 중 리튬 덴드라이트가 자라 단락이 생기고 전지 수명이 줄어드는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 CMC 고분자 매트릭스 안에 LiNO3를 10:1~20:1 중량비로 분산시켜 20~60㎛ 두께의 음극 보호막을 만들고, 이 막이 이온 통로이자 물리적 차단막 역할을 동시에 하도록 구성됩니다. 보호막 위에 아지로다이트 구조의 고체전해질층과 복합 양극을 차례로 적층하여 셀을 완성합니다. 황화물계 전고체 전지를 개발하는 완성차·셀 업체의 리튬금속 음극 공정에 적용될 수 있어 수계 고분자와 범용 리튬염만으로 저비용 계면 보호층을 구현할 수 있습니다.
본 기술은 음극 집전체 위에 리튬을 증착할 때 처음에는 낮은 전류 밀도로 구형 또는 반구형 리튬 결정핵을 만들고, 이후 높은 전류 밀도로 전환해 이를 플라스틱 변형시킴으로써 표면적이 작은 선형 리튬 증착물층을 형성하는 전지 구동 기술입니다.
리튬 금속 음극을 사용하면 리튬 덴드라이트가 성장하고 리튬과 전해질 계면에서 부반응이 계속 일어나는 문제가 있었습니다. 이 때문에 쿨롱 효율이 낮고 전지 수명이 짧으며 에너지 효율도 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 충전 과정을 평균 전류 밀도의 0.1~0.3배인 제1 전류 밀도 구간과 1.5~2배인 제2 전류 밀도 구간의 두 단계로 나누어, 먼저 형성된 리튬 결정핵을 뒤이은 고전류로 플라스틱 변형시키도록 구성됩니다. 이렇게 생성된 2~3㎛ 폭의 선형 리튬 증착물은 전해질과 맞닿는 면적이 작아 부반응이 크게 줄어듭니다. 무음극 리튬 이차전지의 충전 프로토콜, BMS 충전 알고리즘, 배터리 화성 공정에 적용될 수 있어 셀 소재를 바꾸지 않고 충전 전류 순서만 조정하여 쿨롱 효율을 끌어올릴 수 있습니다.
본 기술은 리튬-황 전지 전해액에 불소와 염소로 치환된 1,3-디옥솔란계 첨가제를 넣어, 충전 중 리튬 금속 음극 표면에 LiF와 LiCl이 함께 들어 있는 복합 SEI 층을 형성함으로써 리튬 덴드라이트 성장을 억제하는 기술입니다.
리튬-황 전지의 리튬 금속 음극은 충방전이 반복될수록 표면에 덴드라이트가 자라 단락과 발화 위험이 있었습니다. 또한 전해액 소모가 빨라져 수명 특성이 낮은 한계가 존재했습니다.
본 기술은 4,4,5,5-테트라클로로-2,2-디플루오로-1,3-디옥솔란을 전해액에 0.5~10 wt% 첨가하여, 음극 계면에 이온 확산이 빠른 LiCl과 기계적 강도가 높은 LiF가 섞인 SEI 층을 만들도록 구성됩니다. 함께 생성되는 poly(dioxolane) 고분자 성분은 음극의 부피 변화를 흡수하는 유연성을 부여합니다. 리튬-황 전지는 물론 에테르계 전해액을 쓰는 리튬금속 전지 전반에 적용될 수 있어 소량의 단일 첨가제로 강도와 이온 전달성을 겸비한 보호 피막을 전지 내부에서 자가 형성시킬 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 자연적 유/무기 복합 막 생성반응 설계에 기반한 고 에너지 밀도 리튬 메탈 전지 핵심 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 다공성 지지체 위에 사슬얽힘 구조의 연속상을 이루는 셀룰로오스 나노섬유와 분산상의 셀룰로오스 나노크리스탈을 함께 코팅하여, 무기 입자 없이도 분리막의 열안정성, 뚫림 강도, 통기도를 동시에 확보하는 기술입니다.
기존 무기 입자 코팅 방식은 아크릴계나 고무계 접착제 때문에 통기도가 떨어지는 문제가 있었습니다. 셀룰로오스 나노크리스탈만 단독으로 쓰면 뚫림 강도는 좋아지지만 통기도가 크게 낮아져 이온 전도도가 나빠지는 상충 관계의 한계가 존재했습니다.
본 기술은 물과 NMP 등 물보다 끓는점이 높은 유기용매를 섞은 용매로 셀룰로오스 코팅층을 형성해, 건조 과정에서 코팅층 내부에 미세 기공이 생기도록 구성됩니다. 이로써 통기도를 유지하면서도 뚫림 강도와 열안정성을 확보합니다. 이 기술은 급속충전용 고율 셀과 에너지저장장치용 대형 셀에 적용될 수 있어, Gurley 600 s/100cc 이하의 통기도와 5 N 이상의 뚫림강도를 한 장의 분리막에서 함께 달성할 수 있습니다.
본 발명은 산림청의 나노셀룰로오스 코팅 분리막 설계 및 제조기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 리튬 이온 전도성 관능기가 도입된 공유결합성 유기 골격 구조체(COF)를 지지체로 삼고, 그 기공 안에 폴리알킬렌옥사이드계 가교중합체를 형성해 리튬 이온 채널을 구축함으로써 이온전도도와 계면 안정성을 높인 고체 전해질 기술입니다.
기존 무기물 고체 전해질은 유연성이 낮고 전극과의 계면 저항이 높으며 덴드라이트 성장에 취약한 문제가 있었습니다. 고분자 고체 전해질은 상온 이온전도도가 낮고 전기화학창이 좁아 고전압 양극에 적용하기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 리튬염을 포함한 반복단위를 갖는 COF 구조체와 다관능성 폴리알킬렌옥사이드 단량체를 섞어 슬러리로 만든 뒤, 압력을 가하고 중합·가교시켜 COF 기공 내부에 연속적인 3차원 가교중합체 네트워크를 형성하도록 구성됩니다. 이 기술은 고전압 양극을 채용하는 전고체 리튬전지와 100㎛ 이하 박막형 고체 전해질 셀에 적용될 수 있어, 고분자의 유연성과 결정성 골격의 규칙적인 이온 통로를 한 막 안에서 동시에 활용할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 단이온전도체 기반 다차원 자유형상 전원 시스템 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 염화나트륨(NaCl)과 염화알루미늄(AlCl3)을 볼밀 공정으로 혼합해 사방정계 결정구조의 NaAlCl4 화합물을 만들고, 새로운 나트륨 사이트(Na2)를 형성시켜 이온 전도도와 전기화학적 안정성을 높이는 기술입니다.
기존 나트륨 고체전해질은 가격이 높고 상온 이온 전도도가 낮은 문제가 있었습니다. 또한 3~4V 이상의 고전압에서 구동하면 심각한 분해 반응이 일어나고 양극과 전해질 사이 계면이 불안정해지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 열처리 없이 600~650rpm, 10~11시간의 볼밀 공정만으로 결정 내 Na2 사이트를 인위적으로 생성한 NaAlCl4 고체전해질을 합성하고, 이를 양극, 음극 또는 전해질층에 투입해 3~4V 이상에서 구동하는 전고체전지를 구현하도록 구성됩니다. 이 기술은 리튬 수급 부담을 덜어야 하는 대규모 나트륨 기반 ESS와 저가형 전고체 셀에 적용될 수 있어, 값싼 염화물 원료와 단일 분쇄 공정만으로 고전압 대응 전해질을 공급할 수 있습니다.
본 발명은 기획재정부의 전지설계기반 600Wh/L급 EV용 대면적 전고체 전지 브릿지 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 코발트를 배제하고 니켈과 망간을 주성분으로 하는 층상 구조 양극활물질에서, 입자 표면부에 양이온 오더링을 도입하고 4.12V~4.6V 영역의 H2-H3 상변이를 유도하여 구조적 안정성과 전기화학적 성능을 함께 끌어올린 기술입니다.
기존 니켈 리치 양극활물질은 값비싼 코발트를 포함해 원가 부담이 컸습니다. 또한 고전압 충전 시 비가역적 상변이로 입자 내부에 마이크로 크랙이 생기고 구조가 불안정해져 장기 사이클 성능이 떨어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 코발트가 없는 LiaNixMnyO2(0.5≤x≤0.99, 0.01≤y≤0.5) 조성을 채택하고, 이차입자 최외면에서 2㎛ 이내 영역에 리튬과 전이금속이 규칙적으로 자리를 바꾼 양이온 오더링 구조를 형성하도록 구성됩니다. 4.4V 이상의 충전 조건에서 H2-H3 상변이를 최적화하고 입자강도를 120~250MPa로 높여 율특성과 열안정성을 확보합니다. 코발트 수급 리스크를 줄여야 하는 전기차 양극재 양산과 고전압 충전형 셀 개발에 적용될 수 있어 원가 절감과 4.4V 이상 고전압 운전을 한 소재로 동시에 달성할 수 있습니다.
본 기술은 리튬-황 전지의 전해질에 아이소시아네이트(-N=C=O) 작용기를 가진 첨가제를 넣어, 양극에서 녹아 나오는 리튬 폴리설파이드와 선택적으로 반응시킴으로써 전극과 분리막 계면에 이온 전도성 고분자층을 만드는 기술입니다.
리튬-황 전지는 방전 과정에서 양극에 생긴 리튬 폴리설파이드가 전해액으로 녹아 나와 음극까지 확산되는 문제가 있었습니다. 그 결과 가용 용량이 줄고 음극이 부식되는 부반응이 일어나 사이클 수명과 전기화학적 성능이 저하되었습니다.
본 기술은 헥사메틸렌 디아이소시아네이트(HDI) 등 아이소시아네이트계 첨가제를 전해질 100중량부 대비 1~5중량부 첨가하도록 구성됩니다. 첨가제가 리튬 폴리설파이드와 화학적으로 반응해 양극과 분리막 표면에 고분자막을 형성하고, 이 막이 폴리설파이드의 추가 용출을 물리적·화학적으로 차단합니다. 기존 에테르계 전해액을 쓰는 리튬-황 셀 생산라인에 적용될 수 있어 전극이나 분리막을 바꾸지 않고 첨가제 투입만으로 셔틀 억제 효과를 얻을 수 있다는 점이 강점입니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 3차원 이온 채널을 갖는 고 이온전도성 고체 전해질과 고용량 전극의 최적 설계 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 여러 일차입자가 모인 이차입자 형태의 양극활물질에서, 결정립 경계에는 주석(Sn) 등 이종원소를 포함하는 코팅층을, 입자 내부에는 이종원소가 확산된 도핑영역을 함께 형성하여 구조적 안정성을 극대화한 나트륨 이차전지용 양극 기술입니다.
나트륨 이차전지는 충방전 과정에서 전이금속의 산화수가 바뀌면서 결정구조가 전이되어 수명이 짧아지는 문제가 있었습니다. 고전압 충전 시에는 마이크로크랙과 전해액 부반응으로 표면에 암염상이 생기고 저항이 증가하는 한계도 존재했습니다.
본 기술은 1차 공침으로 니켈·코발트·망간 기반 전이금속 수산화물을 만든 뒤, 2차 공침에서 주석 화합물을 투입해 입자 표면에 이종원소를 도입하고 나트륨화합물과 함께 소성하도록 구성됩니다. 이렇게 하면 입자 내부에는 Sn 도핑이, 표면에는 Na-Sn-O 나노 코팅층이 자리 잡아 구조적 스트레스를 덜어 주고 전해액 침투와 마이크로크랙을 막아 줍니다. 리튬 자원 의존도를 낮춰야 하는 대용량 ESS, 저가형 전기이륜차, 가정용 축전 시스템에 적용될 수 있어 4V급 고전압 운전에서도 용량 유지율이 높은 나트륨 셀 설계를 가능하게 합니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 인터페이스 최적화 맞춤형 rod-shape 이차전지소재 원천 및 상용화기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 리튬 매트릭스 내부에 리튬친화성 금속 또는 그 산화물 기반의 1차원 나노로드 구조체를 분산시켜, 전극 내부에서 계면 쪽으로 리튬 이온이 보충되는 속도를 높이고 계면 접촉 면적을 안정적으로 유지하는 기술입니다.
리튬 금속 음극은 리튬이 고르지 않게 증착되면서 덴드라이트가 자라고, 전극과 전해질 계면에 보이드가 생기는 문제가 있었습니다. 이로 인해 단락이 발생하고 전지 수명과 에너지 효율이 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 ZnO, TiO2 등 리튬친화성 금속 산화물 나노입자를 리튬 용융온도 이상에서 리튬과 혼합·반응시켜, 산화물 코어와 Li-금속 합금 및 Li2O 쉘로 이루어진 나노로드 구조체를 만들고 이를 리튬 매트릭스 안에 여러 방향으로 분산시키도록 구성됩니다. 길이 방향으로 이온 전도성이 높은 나노로드가 내부 확산 통로가 되어 계면 보이드와 덴드라이트 생성을 함께 줄여 줍니다. 황화물·산화물계 전고체 전지와 액체 전해질 리튬금속전지 양쪽에 적용될 수 있어 고체 계면에서 흔히 생기는 접촉 손실 문제를 음극 내부 구조로 보완할 수 있습니다.
본 기술은 규소 기반 음극 활물질의 미세 구조 안에 리튬 실리케이트와 전이금속-규소 합금을 함께 도입하여, 충방전 중 실리콘의 부피 팽창을 구조적으로 완충하고 이온 전도성과 기계적 안정성을 확보하는 기술입니다.
실리콘은 리튬이 삽입되고 빠져나갈 때 부피가 최대 300%까지 변해 활물질 표면에 균열이 생기고 전기적으로 고립되는 문제가 있었습니다. 이 때문에 용량 유지율이 낮아지고 고온 저장 시 열안정성도 부족한 한계가 존재했습니다.
본 기술은 일산화규소와 전이금속 전구체를 볼 밀링한 뒤 열처리하여 전이금속-규소 합금을 만들고, 이를 리튬 전구체와 섞어 다시 열처리함으로써 리튬 실리케이트 구조체 내부에 합금이 고르게 분산된 복합 음극 활물질을 얻도록 구성됩니다. 합금 함량은 1.6~10 중량%, 비표면적은 4.85~6.69 m²/g, 기공도는 0.0302~0.0330 cm³/g 범위로 제어됩니다. 장거리 전기차용 고용량 음극, 스마트폰 등 소형 고밀도 셀, 고온 환경에서 쓰이는 산업용 배터리에 적용될 수 있어 실리콘 함량을 높이면서도 입자 균열로 인한 용량 손실을 줄일 수 있습니다.
본 기술은 황화물계 고체전해질의 취성과 계면 불안정성을 개선하기 위해, 일정 기공 크기의 다공성 지지체 내부에 황화물계 고체전해질, 가교 고분자 매트릭스, 리튬염이 배위된 솔베이트 이온성 액체를 함침시켜 유연성을 확보하고 무기 입자 사이에 연속적인 이온 전달 경로를 만드는 기술입니다.
황화물계 고체전해질은 이온전도도가 높지만 강직하고 깨지기 쉬워 얇은 박막으로 만들기 어렵고 유연성이 부족한 문제가 있었습니다. 또한 전극과의 계면 저항이 높고 덴드라이트 성장에 취약하다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 평균 기공 크기 50㎛ 이상의 다공성 지지체에 황화물계 고체전해질, 가교 고분자 매트릭스용 다관능성 단량체, 솔베이트 이온성 액체, 리튬염으로 이루어진 무용매 슬러리를 도포한 뒤 광경화하여 일체화된 복합막을 얻도록 구성됩니다. 이 기술은 플렉서블 전고체 전지와 웨어러블 기기용 박형 전원에 적용될 수 있어, 180° 굽힘을 100회 반복한 뒤에도 이온전도도를 90% 이상 유지하는 40㎛ 이하의 얇은 전해질 막을 제공할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 단이온전도체 기반 다차원 자유형상 전원 시스템 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 음극 집전체 위에 제1실리콘계 활물질과 탄소체로 이루어진 고전도 활물질층을 만들고, 그 위에 전기전도도가 상대적으로 낮은 제2실리콘계 활물질 3차원 격자구조체를 배치하여, 충전 전류를 기공 하단으로 모아 리튬의 균일한 핵생성과 수직 성장을 유도하는 기술입니다.
리튬 금속 음극은 충·방전 중 전류 밀도가 고르지 않아 수지상(dendrite)이 자라고 부피 팽창이 일어나는 문제가 있었습니다. 이로 인해 화재나 폭발 위험이 커지고 전지 수명이 짧아지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 활물질층의 전기전도도가 3차원 격자구조체보다 60~80배 높도록 설계해, 리튬이온이 공극 하부의 활물질층 표면부터 위쪽으로 차례로 전착되도록 구성됩니다. 여기에 실리콘 나노입자가 친리튬성 부위를 제공해 리튬 전착의 균일성과 가역성을 함께 높입니다. 이 기술은 리튬 금속 전착을 활용하는 고에너지밀도 금속 전지와 드론·전기항공기용 경량 셀에 적용될 수 있어, 수지상 성장에 따른 화재 위험을 낮추고 사이클 중 부피 변화를 격자 내부 공간으로 흡수할 수 있습니다.
본 기술은 아민계 용매와 티올계 용매를 섞은 공용매로 금속 칼코게나이드를 녹인 뒤 리튬계·황화물계 전구체와 반응시켜, 금속이 치환된 황화물계 고체전해질을 습식 합성함으로써 대기 안정성과 이온전도도를 높이는 기술입니다.
기존 습식 합성법은 원료가 잘 녹지 않아 고체전해질의 조성을 제어하기 어려운 문제가 있었습니다. 또한 수분과 반응해 황화수소(H2S) 가스가 발생하면서 대기 안정성이 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 1,2-에틸렌디아민과 1,2-에탄디티올을 7~12:1 부피비로 섞은 공용매로 SnS2 등 금속 칼코게나이드를 완전히 용해하고, 이를 전구체와 반응시킨 뒤 진공 열처리하여 Sn, Sb, Zn 등이 치환된 고체전해질을 얻도록 구성됩니다. 그 결과 치밀한 구조와 우수한 대기 안정성이 확보됩니다. 이 기술은 드라이룸 관리 부담을 줄여야 하는 전고체 전지 양산 공정과 차량용 전고체 셀에 적용될 수 있어, 대기 노출 시 황화수소 발생을 줄여 취급 안전성과 공정 수율을 함께 높일 수 있습니다.
본 발명은 산업통상자원부의 1분 내외의 초급속 충전 기능을 갖는 전기자동차용 고전압 전지 시스템 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 리튬을 밀어내는 2차원 나노탄소 멤브레인과 그 한쪽 면에 형성된 로드 형태의 리튬친화적 3차원 촉매로 음극재를 구성하여, 리튬 이온이 멤브레인의 홀을 지나 집전체와 멤브레인 사이 공간에서만 증착되도록 함으로써 덴드라이트 성장을 물리적으로 억제하는 구조입니다.
리튬 금속 음극은 사이클이 반복될수록 덴드라이트가 자라 분리막을 뚫고 내부 단락을 일으킬 위험이 있었습니다. 리튬이 고르지 않게 전착되고 탈리되면서 수명이 짧아지고 폭발 위험까지 커지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 입경 50~1000nm의 홀이 여러 개 뚫린 그래핀 등 2차원 나노탄소 멤브레인의 한쪽 면에 산화아연(ZnO) 등의 금속산화물이나 금속으로 된 3차원 로드형 촉매를 수열합성으로 성장시키고, 이 촉매 면이 집전체를 향하도록 배치하도록 구성됩니다. 그 결과 리튬은 멤브레인 바깥이 아닌 멤브레인과 집전체 사이 공간에서만 전착·탈리됩니다. 리튬금속 전지, 무음극형 셀, 고출력 드론용 배터리 등에 적용될 수 있어 리튬이 자랄 자리를 미리 정해 두는 방식으로 분리막 관통을 원천적으로 피할 수 있습니다.
