본 기술은 금속-황 이차전지의 분리막 양면에 그래핀 등의 탄소입자층과 금속산화물 기반 무기입자층을 비대칭으로 코팅하여, 양극 쪽의 전기전도성 향상과 음극 쪽의 물리적 보호 기능을 한 장의 분리막에서 동시에 구현하는 기술입니다.
금속 음극을 쓰는 전지는 수지상 결정(덴드라이트)이 자라 단락으로 이어질 위험이 있었습니다. 동시에 황 함유 양극에서 생긴 폴리설파이드가 음극으로 이동하는 셔틀링 현상 때문에 성능이 빠르게 저하되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 절연성 다공체 기재의 양극 방향 면에는 그래핀 입자와 바인더로 된 탄소입자층을, 음극 방향 면에는 금속산화물 나노입자와 바인더로 된 무기입자층을 각각 2:1~8:1 중량비로 코팅하도록 구성됩니다. 탄소입자층의 마이크로·나노 복합 기공이 폴리설파이드를 양극 쪽에 붙잡아 두고, 무기입자층은 덴드라이트의 관통을 막아 줍니다. 리튬-황, 나트륨-황 등 금속-황 계열 전지와 장주기 에너지저장 셀에 적용될 수 있어 양극과 음극의 서로 다른 열화 요인을 분리막 하나로 함께 다스릴 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 인터페이스 최적화 맞춤형 rod-shape 이차전지소재 원천 및 상용화기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 PAA, CMC 등 수용성 고분자에 퓨란기를 결합한 고분자 복합체와 그래핀, CNT처럼 탄소-탄소 파이 결합을 가진 탄소물질을 디엘스-알더 반응으로 연결한 복합 바인더입니다. 친수성 고분자 골격과 소수성 탄소물질을 함께 갖추어 실리콘 활물질의 팽창을 억제하면서 도전재도 고르게 분산시킵니다.
실리콘 음극은 충방전 중 부피가 크게 변해 전극 구조가 쉽게 무너지는 문제가 있었습니다. 도전재 분산을 위해 분산제를 넣는 방식은 과량 투입 시 전기전도도와 에너지 밀도를 떨어뜨렸고, 카본블랙을 개질하는 방식은 전도성 열화를 피하기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 퓨란기가 도입된 수용성 고분자와 탄소물질을 9:1~7:3 무게비로 초순수에서 70~90℃로 가열하여 디엘스-알더 반응으로 화학 결합시키도록 구성됩니다. 결합된 탄소물질이 파이-파이 상호작용으로 도전재를 붙잡아 고르게 퍼뜨리고, 고분자의 탄성은 실리콘의 팽창을 물리적으로 붙잡아 줍니다. 고함량 실리콘 음극, 실리콘-흑연 혼합 음극, 수계 전극 슬러리 공정 등에 적용될 수 있어 분산제를 따로 넣지 않고도 도전 네트워크와 전극 형상을 함께 유지할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 신축성 하이브리드 전극 네트워크를 이용한 사용자 맞춤형 고성능, 고안전성 신축형 수계 아연이온 이차전지 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 전극 집전체와 전극 활물질층 사이에 팽창흑연과 바인더로 이루어진 기능층을 패턴 형태로 배치하여, 약 140℃ 이상의 고온에서 팽창흑연이 부피 팽창하면 활물질층이 집전체에서 물리적으로 떨어져 저항이 급증하도록 함으로써 단락 시 열 폭주를 막는 기술입니다.
기존 이차전지는 단락이 일어나면 온도가 급격히 상승하면서 열 폭주로 번져 화재가 발생할 위험이 컸습니다. 난연제를 넣는 방식도 이미 발화가 시작된 뒤에야 작동하므로 사전 안전 확보에는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 입경 500nm~7㎛이고 140℃에서 200~600% 팽창하는 팽창흑연을 SBR 등의 보조바인더와 섞어 집전체 일면에 개구부가 있는 패턴 형태로 코팅하도록 구성됩니다. 고온에 노출되면 팽창흑연이 부풀어 활물질층을 집전체에서 탈락시키고 회로 저항을 강제로 높여 전류를 끊어 줍니다. 전기차 파우치 셀, 에너지저장장치 모듈, 전동공구 배터리처럼 단락 사고가 대형 화재로 번지기 쉬운 분야에 적용될 수 있어 발화 이전 단계에서 셀 스스로 회로를 끊는 수동형 안전장치 역할을 기대할 수 있습니다.
본 기술은 금속 화합물과 폴리머를 함께 녹인 코팅 용액을 리튬 금속 표면에 도포하여, 리튬과의 반응으로 생성된 리튬 합금 및 무기물의 제2층과 그 위의 폴리머 제3층으로 이루어진 이중 보호막을 형성하는 기술입니다.
리튬 금속 음극은 충방전 중 덴드라이트가 자라 전지 단락과 화재로 이어질 위험이 있었습니다. 아울러 전해액과의 부반응으로 전해액이 고갈되고 리튬이 소모되면서 수명이 짧아지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 다이메틸 설폭사이드(DMSO)를 제1용매로, 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)나 술포란 등을 제2용매로 사용해 금속 화합물과 폴리머를 용해한 뒤 리튬 표면에 코팅하도록 구성됩니다. 코팅 과정에서 금속 화합물이 리튬과 반응해 Li-M 합금과 리튬 할로겐화물 층을 만들고, 상부의 폴리머 층이 전해질 침투를 물리적으로 막아 계면을 안정시킵니다. 리튬금속 이차전지, 차세대 고에너지 전기차 셀, 리튬 음극을 쓰는 전고체 전지 등에 적용될 수 있어 별도 진공 증착 없이 용액 공정만으로 음극 보호층을 양산하는 길을 열어 줍니다.
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 치환도, 중합도, 제타전위 등이 특정된 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 분산제를 사용하여, 연속상의 셀룰로오스 나노섬유와 분산상의 마이크로섬유가 섞인 균일한 셀룰로오스 코팅층을 형성하는 기술입니다.
기존 폴리올레핀 분리막은 열안정성이 낮아 고온에서 수축하는 문제가 있었습니다. 무기입자를 코팅할 때 함께 쓰는 바인더는 기공을 막아 이온전도도를 떨어뜨렸고, 코팅을 균일하게 형성하기도 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 합성 고분자 바인더 대신 CMC 분산제를 사용해 셀룰로오스 마이크로섬유와 나노섬유의 분산성을 극대화한 코팅층을 형성하도록 구성됩니다. 이를 통해 무기물 없이도 높은 뚫림 강도, 우수한 통기도, 낮은 열수축률과 향상된 이온전도도를 확보합니다. 이 기술은 열수축이 취약점으로 꼽히는 고출력 전동공구·전기차 배터리에 적용될 수 있어, 세라믹 코팅 없이 가벼운 셀룰로오스 층만으로 분리막의 내열성과 기계적 강도를 함께 끌어올릴 수 있습니다.
본 발명은 산림청의 나노셀룰로오스 코팅 분리막 설계 및 제조기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 다공성 지지체 위에 중합도, 치환도, 분자량, 점도, 제타전위가 특정된 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 분산제로 사용하여, 셀룰로오스 나노섬유와 무기입자를 균일하게 분산·코팅한 분리막 구조입니다.
기존 분리막 코팅은 유기용매 공정이 복잡했고, 아크릴계나 고무계 접착제를 쓰면 기공이 막혀 통기도가 떨어지는 문제가 있었습니다. 아울러 무기입자가 고르게 입혀지지 않고 고온에서 열수축이 발생하는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 중합도 800~1500, 치환도 0.5~1.0, 분자량 200,000~400,000g/mol, 제타전위 -60~-50mV를 만족하는 CMC를 분산제로 쓰고, 용매에 CMC, 셀룰로오스 나노섬유, 무기입자 순으로 투입해 만든 슬러리를 다공성 지지체에 코팅하도록 구성됩니다. 이 기술은 고온 안전성이 중시되는 전기차용 파우치 셀과 수계 공정으로 전환하려는 분리막 코팅 라인에 적용될 수 있어, 접착제 없이 기공을 열어 둔 채 열수축을 억제한 세라믹 코팅 분리막을 생산할 수 있습니다.
본 발명은 산림청의 나노셀룰로오스 코팅 분리막 설계 및 제조기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 실리콘 나노입자 표면을 고분자 또는 피치로 1~5 nm 두께만큼 미리 코팅한 뒤, 이를 흑연 등 탄소재 표면에 메카노퓨전(Mechanofusion) 공법으로 물리화학적으로 결합시킨 음극 복합체 기술입니다.
실리콘계 음극 활물질은 충방전 시 부피가 크게 팽창하면서 미분화(pulverization)가 일어나고, 집전체에서 떨어져 나가 활물질 간 접촉이 끊기며 전지 성능이 저하되는 문제가 있었습니다. 또한 실리콘과 흑연의 표면에너지 차이 때문에 단순 혼합만으로는 균일한 표면 코팅이 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 실리콘 입자를 PAN 등 고분자 또는 피치 용액과 함께 분쇄해 나노입자 표면에 1~5 nm 두께의 접착층을 만들고, 이를 1000~5000 rpm 조건의 메카노퓨전 장비로 탄소재 표면에 물리화학적으로 결합하도록 구성됩니다. 이를 통해 실리콘의 이탈을 막고 복합체의 구조적 안정성을 확보합니다. 이 기술은 흑연-실리콘 혼합 음극을 채택하는 전기차·전력 저장장치용 리튬이차전지에 적용될 수 있어, 반복 팽창 속에서도 실리콘이 흑연에서 떨어져 나가지 않아 사이클 수명을 길게 유지할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 소재 한계 극복형 친환경 카본프리 수소생산용 텐덤 시스템 개발 및 대면적 소자 실증 BrainLink사업단 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 그래핀과 카본나노튜브(CNT)가 먼저 형성한 3차원 네트워크 구조 안에 황 함유 물질을 안착시켜 균일하게 분산시키고, 이를 펠렛 형태로 가압 성형하여 물리적 강도와 전기화학적 활성 면적을 극대화한 리튬-황 전지용 양극 구조체입니다.
기존 리튬-황 전지 양극은 황 입자가 서로 뭉쳐 활물질 이용률이 낮았고, 사이클이 진행될수록 펠렛 구조가 무너지는 문제가 있었습니다. 또한 고로딩 조건에서는 폴리설파이드 셔틀 현상과 전해액 점도 상승으로 이온 전도도가 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 바인더 용액에 활물질을 혼합·교반해 분산성을 높이고, 그래핀-CNT 네트워크에 황을 내장한 뒤 50~1000 MPa 압력과 40~80℃ 온도 조건에서 펠렛화하여 구조적 안정성을 확보하도록 구성됩니다. 여기에 TTE 등 불소계 희석제를 전해질에 첨가해 폴리설파이드로 인한 점도 상승을 억제합니다. 드론, 고고도 무인기, 경량 웨어러블 전원처럼 무게당 에너지가 중요한 분야에 적용될 수 있어 바인더 비중을 낮춘 고로딩 황 양극을 무너짐 없이 구현할 수 있습니다.
본 기술은 배터리 모듈 내 주 셀(제1 셀)이 충방전으로 팽창하거나 수축할 때 생기는 압력 변화를 센서로 감지하고, 보조 셀(제2 셀)의 충방전 상태를 상보적으로 조절하는 제어 기술입니다. 이를 통해 모듈 내부의 기계적 압력을 일정하게 유지합니다.
이차전지의 충방전 과정에서 발생하는 스웰링(swelling) 현상은 모듈 내부 압력을 높이는 문제가 있었습니다. 높아진 압력은 음극재 구조 변화, SEI 층 형성, 리튬 도금 등 성능 열화와 수명 단축으로 이어졌습니다.
본 기술은 배터리 관리 모듈이 센서에서 입력된 압력 값을 기준값과 비교해 차이를 산출하고, 룩업테이블을 활용해 제2 셀에 인가할 최적 충전 또는 방전 전류를 결정하도록 구성됩니다. 제1 셀이 팽창하면 제2 셀을 방전시켜 부피를 줄이고, 제1 셀이 수축하면 제2 셀을 충전해 부피를 늘림으로써 모듈 전체 압력을 균일하게 유지합니다. 전기차 배터리 모듈, 파우치형 셀을 적층한 ESS 랙, 압력 관리가 까다로운 전고체 모듈에 적용될 수 있어 별도의 기계식 가압 구조물을 줄이면서 리튬 도금과 같은 압력성 열화를 능동적으로 막을 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 저주파 및 고주파 합성 면압 가진를 통한 전기자동차용 리튬이온 배터리 임피던스 관리 및 수명향상 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 구리 집전체 표면에 수산화구리 나노튜브를 형성한 뒤, 주석 코팅과 열처리를 거쳐 다공성 주석구리(Cu3Sn) 나노튜브층을 만드는 기술입니다. 이를 통해 리튬 전착 시 과전압을 낮추고 덴드라이트 성장을 억제합니다.
무음극 전고체 전지에서는 리튬 전착 과전압이 높아 리튬이 불균일하게 전착되는 문제가 있었습니다. 이로 인해 리튬 덴드라이트가 성장하고 단락이 발생하는 기술적 한계가 존재했습니다.
본 기술은 구리 집전체를 알칼리 수산화물과 과황산염 용액으로 처리해 수산화구리 나노튜브를 성장시킨 다음, 무전해 주석 도금과 열처리를 거쳐 말단이 열린 다공성 Cu3Sn 나노튜브층을 형성하도록 구성됩니다. 넓어진 표면이 고체전해질과의 접촉 면적을 최대화하고 리튬을 고르게 전착시킵니다. 음극 활물질을 생략해 체적 에너지 밀도를 극대화하려는 무음극 전고체 전지와 고밀도 파우치 셀 집전체에 적용될 수 있어 150회 사이클 이후에도 83%를 넘는 용량 유지율을 기대할 수 있습니다.
본 발명은 산업통상자원부의 세라믹 이차전지용 7 mAhcm2급 고에너지밀도 전극 극판 제조용 복합 소재 및 전극 부품 제조 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 3D 수직 적층 메모리 소자의 층간 절연막을 고체 전해질 기반 이차전지로 대체하여, 같은 소자 부피 안에서 정보 저장과 에너지 저장을 동시에 수행하도록 구성한 하이브리드 구조입니다.
기존 3D 수직 메모리 구조에서는 메모리 셀 간 간섭을 막기 위해 절연막을 반드시 넣어야 했지만, 이 절연막은 보호 기능 외에는 아무 역할도 하지 못하는 문제가 있었습니다. 결과적으로 소자 내 공간을 비효율적으로 점유하는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 절연막 구조 안에 a-Si 애노드와 LiCoO2 캐소드를 배치해 고체 배터리 기능을 부여하고, 이를 ReRAM 등 수직 적층 메모리와 결합하여 소자 내부 공간을 에너지 저장 영역으로 활용하도록 구성됩니다. 전원 공급이 제한적인 IoT 센서 노드, 체내 삽입형 의료기기, 초소형 웨어러블 칩 등에 적용될 수 있어 별도 배터리 없이 데이터 보존과 자가 전력 공급을 하나의 칩에서 해결하는 설계가 가능해집니다.
본 기술은 NMP 용매를 쓰지 않는 건식 공정으로, 서브미크론 수준의 에칭 공극이 형성된 집전체 표면에서 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)와 바인더가 3차원 스캐폴드 네트워크를 이루도록 핫 프레싱하여 전극을 제조하는 기술입니다.
습식 공정은 유해 용매인 NMP를 사용하기 때문에 환경 오염과 비용 부담이 컸습니다. 기존 건식 공정 역시 전극 접착력이 낮아 박리가 쉽고 취성이 높으며, 고로딩 조건에서 구조가 불안정해지고 속도 성능이 떨어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 산화 처리로 50~1000nm 폭의 에칭 공극을 만든 금속 집전체 위에 볼텍스 믹서로 혼합한 MWCNT와 PVDF 복합재를 올리고, 160~200℃, 8~12MPa 조건에서 핫 프레스하도록 구성됩니다. 이때 탄소나노튜브 스캐폴드가 에칭 공극 내부에 물리적으로 앵커링되어 전극 접착력과 전기적 네트워크가 크게 강화됩니다. 이 기술은 NMP 회수 설비 부담이 큰 양극 생산 라인과 리튬이온·나트륨이온 전지의 고로딩 전극에 적용될 수 있어, 유해 용매 없이도 박리에 강한 두꺼운 전극을 수십 초 단위의 압착 공정으로 생산할 수 있습니다.
본 기술은 습식 합성한 황화물계 고체전해질 전구체 분말을 탄소 또는 탄소복합체에 담지한 뒤 마이크로웨이브를 조사해 급속 가열·냉각(열탄소충격법)함으로써, 전해질의 결정성을 높이고 유기 용매 잔류물의 탄화를 억제하는 기술입니다.
기존 습식 합성법은 잔류 유기물이 고온 열처리 중 탄화되어 고체전해질의 전자전도성을 비정상적으로 높였고, 그 결과 전고체 전지에서 전기적 누출과 내부 단락이 유발되는 문제가 있었습니다. 또한 일반 열처리로는 결정성 향상과 불순물 생성 억제 사이의 균형을 맞추기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 탄소 또는 탄소복합체를 열원으로 삼아 마이크로웨이브를 조사함으로써 짧은 시간 안에 고온 열처리를 마쳐 탄화를 막고 결정성을 극대화하도록 구성됩니다. 이 과정에서 황 손실이 최소화되고 Li3PO4 등 불순물 형성이 억제되어 낮은 전자전도성과 높은 리튬이온전도도를 동시에 얻습니다. 이 기술은 아지로다이트계 전해질을 대량 생산하는 전고체 전지 소재 공정과 차량용 전고체 셀에 적용될 수 있어, 내부 단락 위험을 낮춘 고이온전도 전해질을 수 분 이내의 열처리로 확보할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 전지설계기반 600Wh/L급 EV용 대면적 전고체 전지 브릿지 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 실리콘 음극 활물질층 표면에 은(Ag) 등 리튬합금화 금속층을 30~80nm 두께로 증착하여, 충·방전 중 고체전해질과의 계면 접촉력을 강화하고 전기화학적 안정성을 확보하는 기술입니다.
실리콘 음극은 이온 및 전자 전도도가 낮고 충·방전 시 부피 변화가 커서, 황화물계 고체전해질과의 계면에서 부반응이나 계면 박리가 발생하는 문제가 있었습니다. 이로 인해 수명 특성과 방전 용량이 함께 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 실리콘, CNT, PVDF로 이루어진 음극 활물질층 위에 DC 스퍼터법으로 30~80nm 두께의 은(Ag) 금속층을 형성하도록 구성됩니다. 충전 시 이 금속층이 리튬과 합금을 이루며 무르고 점착성 있는 상태가 되어 고체전해질과의 접촉을 균일하게 유지하고 계면 저항을 낮춥니다. 이 기술은 전고체 전지 기반 전기차 배터리와 통신·운송 장치용 전원에 적용될 수 있어, 실리콘 음극의 고용량 장점을 살리면서 계면 박리로 인한 용량 감소를 억제할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 전지설계기반 600Wh/L급 EV용 대면적 전고체 전지 브릿지 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 폐리튬 배터리 산 침출액에 착화제와 염기를 넣어 철과 알루미늄을 수산화물로 선택 침전·제거한 뒤, 잔류 수용액을 한외여과와 나노여과로 처리하는 통합 하이브리드 공정입니다. 이를 통해 리튬 이온과 다가 금속 이온을 분리·농축하여 고순도 리튬을 회수합니다.
폐리튬 배터리를 재활용할 때 산성 폐액에 리튬, 철, 알루미늄, 니켈, 코발트, 망간 등 여러 금속 이온이 섞여 있어 이를 경제적으로 분리할 기술이 부족했습니다. 기존 화학적 침전법은 pH 조절 과정에서 리튬이 손실되거나, 폐수가 다량 발생하고 고가의 용매를 써야 해 경제성이 떨어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 암모늄 시트레이트 등 착화제와 염기를 이용해 pH 3.5~6.5에서 철과 알루미늄을 선택적으로 침전시키고, 나노여과 멤브레인으로 2가 유가금속 이온을 60% 이상 걸러내면서 1가 리튬 이온은 투과시키도록 구성됩니다. 회수된 리튬 용액에는 탄산염을 넣어 탄산리튬 결정으로 얻고, 잔류 리튬은 역삼투, 정삼투, 멤브레인 증류로 추가 회수합니다. 전기차 폐배터리 블랙매스 습식 제련 공장과 LFP 폐배터리 재활용 라인에 적용될 수 있어 리튬 손실을 30% 이하로 묶어 두면서 니켈·코발트·망간도 별도 자원으로 되돌릴 수 있습니다.
본 발명은 산업통상자원부의 급속 열분해 및 초임계에탄올 업그레이딩 공정을 통한 초목계 바이오매스로부터 신바이오디젤 생산기술개발 지원을 통해 개발되었습니다.
