본 기술은 강인한 아라미드 나노피브릴(ANF) 골격 표면에 폴리에테르이미드(PEI) 입자를 자기조립시켜 나노 기공 구조를 구현하는 기술입니다. 전해질 내 이온 친화력을 높여 리튬 덴드라이트 성장을 억제합니다.
기존 폴리올레핀 분리막은 리튬 이차전지 충방전 중 리튬 덴드라이트가 형성되어 단락, 발화, 수명 저하를 유발하는 문제가 있었습니다. 높은 이온전도도와 덴드라이트 차단 성능을 동시에 만족시키기도 어려웠습니다.
본 기술은 아라미드 나노씨드 분산액과 폴리에테르이미드 용액을 혼합해 도포한 뒤, 양성자성 용매와 물을 이용한 순차적 용매 교환과 동결건조를 거쳐 나노 기공을 갖는 복합 다공성막을 제조하도록 구성됩니다. 이 구조는 기계적 강도를 유지하면서 전해질 젖음성과 이온 전달률을 극대화합니다. 리튬 금속 전지와 고속 충전형 전기차 셀의 분리막에 적용될 수 있어 덴드라이트가 막을 관통하는 경로를 차단해 발화 사고 가능성을 낮추고 셀 수명을 늘릴 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 탄소중립형 물-에너지 통합시스템 선도연구센터 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 실리콘계 음극의 부피 팽창 문제를 해결하기 위해, 특정 작용기를 가진 카본퀀텀닷과 수용성 바인더를 빛(IPL) 또는 열에 의한 축합중합으로 화학 결합시키는 기술입니다. 형성된 결합체가 전극 활물질을 견고하게 가교합니다.
실리콘 음극 활물질은 충·방전 시 부피가 크게 팽창하고 수축하여 수명 특성이 낮다는 문제가 있었습니다. 또한 기존 고분자 바인더를 쓰면 전극의 전기 전도도가 떨어지고 제조 공정이 복잡해지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 하이드록시기, 아미노기, 카르복실기 등을 가진 카본퀀텀닷과 PAA 등 수용성 바인더를 혼합한 뒤, 극단파 백색광(IPL)을 조사해 탈수 축합중합을 일으켜 바인더 복합체를 형성하도록 구성됩니다. 이 복합체는 활물질을 단단히 붙잡는 동시에 전기 전도 경로를 제공합니다. 실리콘 함량을 높인 전기차용 고용량 음극과 급속충전형 스마트폰 배터리 전극 공정에 적용될 수 있어 수 밀리초 단위의 광 조사만으로 가교를 끝내 건조 설비 부담을 줄이고 전극 전도도도 끌어올릴 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 웨어러블 디바이스에 적용 가능한 유연한 아연 이온 마이크로 배터리 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 배터리부 양단에 커패시터를 병렬로 추가하고 제어부가 PWM 스위치와 단방향 스위치를 제어하도록 하여, 에너지 전달 효율은 유지하면서 셀 방출 전류의 피크치를 낮추는 셀 밸런싱 기술입니다.
종래의 단일 인덕터 기반 셀 밸런싱 회로는 방출 전류 피크가 높아 배터리 수명(SOH)을 떨어뜨릴 수 있는 문제가 있었습니다. 이를 줄이려고 인덕턴스를 키우면 부품 공간이 부족해지고, 스위칭 주파수를 높이면 스위칭 손실이 커지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 배터리부와 인덕터에 커패시터를 병렬로 연결해 회로를 꾸미고, SOC가 가장 낮은 셀을 판별해 그 셀로만 에너지를 선택적으로 보내는 제어 로직을 적용하여 동일한 전달 효율에서 셀 방출 전류 피크를 줄이도록 구성됩니다. 직렬 셀 수가 많은 전기차 팩의 BMS, 무정전 전원장치와 전동 이동수단의 배터리 관리 보드에 적용될 수 있어, 큰 인덕터나 고주파 스위칭에 기대지 않고도 셀 간 편차를 줄여 팩 수명을 늘립니다.
본 기술은 제작이 끝난 NCM-613 양극 표면에 폴리(4-비닐페놀)(PVP) 유기 고분자 층을 스핀 코팅으로 사후 도포하고 가교시켜, 결정 구조 열화를 막고 전해질과의 부반응을 억제하는 표면 개질 기술입니다.
4.3V 이상의 고전압에서 Ni-풍부 층상 양극 물질인 NCM-613을 구동하면 결정 구조가 비가역적으로 붕괴되는 문제가 있었습니다. 아울러 전해질 분해로 표면 분극이 심해져 장기 사이클 수명과 속도 특성이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 완성된 양극 표면에 가교제(HMBG)를 섞은 PVP 용액을 스핀 코팅하여 0.05~10㎛ 두께의 보호층을 만들고 130℃에서 가교 경화시키도록 구성됩니다. 이미 가동 중인 전극 코팅 라인에 후공정 한 단계만 덧붙이는 방식이므로 고전압 소형 전자기기 셀과 에너지밀도를 높인 전기차 셀 생산에 적용될 수 있어, 활물질 합성 레시피를 바꾸지 않고도 전극 단위에서 수명을 끌어올릴 수 있습니다.
본 기술은 π-전자 상호작용으로 탄소체가 표면에 결합된 부직포형 고분자 기재 위에 다관능성 단량체와 전해액 등을 포함하는 전극활성층을 적층하여, 물리적 균열을 막고 균일한 이온전도도를 확보하는 후막 전극 구조입니다.
기존 후막 전극은 제조 공정에 쓰이는 용매가 건조 과정에서 물리적 균열을 일으키고, 도전재와 바인더가 불균일하게 편재되어 전기전도성이 떨어지는 문제가 있었습니다. 또한 전극이 두꺼워질수록 이온 이동 거리가 길어져 전기화학적 성능이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 광경화성 다관능성 단량체를 사용해 별도의 건조 과정 없이 전극활성층을 경화시키고, 탄소체가 결합된 부직포형 고분자 기재를 통해 두께 방향의 도전재 분포 균일성과 이온전도도를 높이도록 구성됩니다. 이 기술은 고에너지밀도가 요구되는 전기차용 고로딩 전극과 대용량 ESS 셀에 적용될 수 있어, 용매 건조 설비를 줄이면서도 단위면적당 활물질 로딩을 40 ㎎/㎠ 이상으로 끌어올릴 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 단이온전도체 기반 다차원 자유형상 전원 시스템 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 실리콘 음극 위에 사전 리튬화 처리층을 형성하고 그 위에 리튬합금화 금속 보호층을 차례로 적층하여, 대기에 노출되더라도 리튬-실리콘 합금 구조를 유지하고 계면 저항을 제어하는 기술입니다.
실리콘 음극을 사전 리튬화하면 대기 중에서 불안정해져 성능이 떨어지는 문제가 있었습니다. 또한 높은 구동 압력이 필요하고, 실리콘 음극과 고체 전해질 사이의 계면 부반응 때문에 방전 용량과 율속 특성이 낮은 한계가 존재했습니다.
본 기술은 음극 활물질층 위에 리튬을 코팅해 사전 리튬화 처리층을 먼저 만들고, 그 위에 주석(Sn), 은(Ag) 등 리튬합금화 금속을 코팅해 보호층을 형성하도록 구성됩니다. 내부에는 Li-Si 합금, 계면 보호층에는 Li-M 합금이 생성되어 대기 노출 환경에서도 구조가 안정하고 낮은 가압 조건에서도 높은 방전 용량을 냅니다. 고용량 음극이 필요한 전고체 전기차 배터리와 휴대용 전자기기, 전력 기기용 셀에 적용될 수 있어, 드라이룸 의존도를 낮추고 셀 조립 공정의 취급 편의성을 높일 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 전지설계기반 600Wh/L급 EV용 대면적 전고체 전지 브릿지 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 특정 화학식의 쯔비터이온 화합물을 중합하여 얻은 쯔비터이온 고분자 매트릭스 안에 리튬염 등 금속염을 균일하게 분산시킨 고분자 고체전해질 기술입니다.
기존 고분자 고체전해질은 이온전도도와 리튬 이온 수율이 낮고 전기화학창이 좁아 고전압 양극 소재와 함께 쓰기 어려운 문제가 있었습니다. 리튬 금속 음극과의 계면도 불안정하여 실용화에 한계가 존재했습니다.
본 기술은 쯔비터이온 단량체와 금속염을 혼합한 슬러리를 도포한 뒤 열중합하여 고분자 매트릭스를 형성하도록 구성되며, 이를 통해 이온 해리도와 이동도를 높이고 전극과의 계면 적합성 및 기계적 강도를 개선합니다. 리튬 금속 음극과 고전압 양극을 결합한 차세대 전고체 전지에 적용될 수 있어, 양극층에 전해질을 함침해 고체전해질층과 일체화하는 방식으로 셀 내부 계면 저항을 크게 낮출 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 단이온전도체 기반 다차원 자유형상 전원 시스템 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 리튬이온 함유 용액(해수 또는 염수)과 산성 용액 사이의 전위차를 이용해 리튬을 추출하는 전기화학적 공정입니다. 물분해 반응에서 발생하는 수소이온으로 셀 간 전기적 중성을 유지하여 연속적인 추출을 가능하게 합니다.
기존 리튬 추출 기술은 자원 확보가 어렵고 추출 효율이 낮다는 문제가 있었습니다. 또한 리튬 이온이 이동할 때 셀 간 전기적 불균형이 생겨 공정이 연속적으로 운전되지 못하고 경제성이 부족하다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 0.2~0.5nm 이온채널을 가진 분리막을 사이에 두고 리튬 공급원을 담은 산화전극 셀과 산성 용액을 담은 환원전극 셀을 배치한 뒤, 1.2~2V 전압을 인가해 리튬 추출과 물분해를 동시에 일으키도록 구성됩니다. 산성 용액 수위를 0.1~10cm 낮게 설정해 막횡단 수압을 가함으로써 에너지 효율을 높이고 추출을 지속합니다. 해수 및 염호 염수 기반 리튬 자원화 플랜트와 지열수 리튬 회수 설비에 적용될 수 있어 부산물로 수소를 함께 얻으면서 배터리 원료용 리튬염 용액을 반복 농축할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 2차원 나노 마이크로 결정 분극 제어를 통한 고효율 다파장 마이크로 LED 어레이 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 고분자 매트릭스 내에 질소가 도핑된 그래핀 나노시트를 분산시킨 고체전해질 기술입니다. 질소 원자의 비공유 전자쌍이 리튬 이온을 효과적으로 배위하고 이동 채널을 확보하여 이온전도도와 리튬 이온 이동도를 향상시킵니다.
PEO 등 기존 고분자 고체전해질은 상온 이온전도도가 10^-8 S/cm 수준으로 매우 낮은 문제가 있었습니다. 필러를 첨가한 기존 연구에서도 이온전도도 향상과 물리적 특성 확보를 동시에 달성하는 데 한계가 있었습니다.
본 기술은 피리딘성-N과 피롤성-N을 포함하는 질소 도핑 그래핀 나노시트를 전해질막 전체 중량 대비 2~4 wt% 범위로 첨가하도록 구성됩니다. 도핑된 질소의 비공유 전자쌍이 리튬 이온과의 친화력을 높이고, 산소 작용기가 제거된 빈자리가 이온 이동 채널 역할을 하여 전기화학적 성능을 개선합니다. 웨어러블 기기, 플렉서블 디스플레이 전원, 누액 위험을 배제해야 하는 의료용 소형 전지의 고체전해질층에 적용될 수 있어 소량의 필러 첨가만으로 상온 구동이 가능한 수준의 이온 전도 특성을 확보합니다.
본 기술은 층상계 나트륨 전이금속 산화물(Na-TM-O) 격자의 산소(O) 사이트 일부를 할로겐 원소(F, Cl, Br, I)로 치환하고, 그 치환량만큼 나트륨(Na) 함량을 조절하여 구조적 안정성을 높인 양극활물질 기술입니다.
나트륨 이온은 이온 반경이 커서 충·방전 과정에서 격자 부피 변화가 크다는 문제가 있었습니다. 이로 인한 비가역적 상전이와 전이금속-산소 결합의 불안정성 때문에 사이클 수명과 고율 특성이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 주로 불소를 산소 위치에 일부 치환해 결정 구조를 보강하고, 치환량에 맞춰 나트륨 양을 줄여 Mn4+ 비율을 높게 유지하도록 구성됩니다. 공정 측면에서는 전이금속 복합 수산화물과 불소 화합물을 300~500℃에서 1차 열처리한 후 나트륨염과 700~900℃에서 2차 열처리합니다. 가정용 및 산업용 에너지저장장치, 저가형 소형 전기이동수단의 나트륨 이온 전지 양극에 적용될 수 있어 O3형 층상 구조의 비가역 상전이를 억제하고 고율 충방전에서도 용량 감소를 완화합니다.
본 발명은 산업통상자원부의 차세대 리튬이온전지 GET-Future 연구실 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 하이-니켈계 양극 활물질 표면에 N,N-디메틸피롤리디늄 메틸 설페이트를 습식 코팅한 뒤 열처리하여, 전해질 분해를 억제하는 설포네이트계 인공 CEI 층을 형성함으로써 양극의 계면 안정성을 개선하는 기술입니다.
고용량 하이-니켈계 NCM 양극 활물질은 반응성이 높아 전해액과의 부반응이 빠르게 진행되는 문제가 있었습니다. 이 과정에서 생긴 분해 산물이 계면 저항을 키워 사이클 성능을 급격히 떨어뜨리고 스웰링까지 일으키는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 양친매성 유기 전구체인 N,N-디메틸피롤리디늄 메틸 설페이트를 직접 합성해 양극 활물질 표면에 1~10 중량%로 습식 코팅하고, 대기압 550~650℃ 열처리로 설포네이트계 인공 CEI 층을 고정화하도록 구성됩니다. NCM811 양극 분말을 공급하는 소재 기업의 후처리 공정이나 고에너지밀도 전기차 셀 제조에 적용될 수 있어, 50회 충방전 후 97.4% 용량 유지와 99.8% 평균 쿨롱 효율이라는 차별화된 품질 지표를 제시할 수 있습니다.
본 기술은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2) 입자를 질산구리(Cu(NO3)2) 수용액에 분산·교반하여 표면의 리튬을 구리 이온으로 치환함으로써, 고온 열처리 없이 입자 표면에 스피넬 구조의 CuCoO2 피막을 형성하는 기술입니다.
LiCoO2는 고전압으로 구동하면 층상 구조가 무너지고 전해액과의 부반응이 빨라져 수명이 짧아지는 문제가 있었습니다. 이를 막기 위한 기존 무기물 코팅은 700℃ 이상의 고온 열처리를 거쳐야 해서 공정 비용과 에너지 효율 면에서 한계가 존재했습니다.
본 기술은 실온 교반만으로 LiCoO2 표면에 3~4nm 두께의 얇은 CuCoO2 피막 또는 CuO 코팅층을 형성하여 전기화학적 부반응을 억제하도록 구성됩니다. 고전압 구동이 요구되는 스마트폰·노트북용 LCO 셀 양산 라인에 적용될 수 있어, 소성로 증설 없이 수용액 반응조만으로 표면 개질 공정을 추가하는 경제성을 제공합니다.
본 기술은 용매를 쓰지 않는 무용매 고분자계 고체 전해질 조성물에 액상 모노머 100 중량부 대비 120~350 중량부의 과량 리튬염을 혼합하여 이온 전도도와 산화 안정성을 높이고, 이 조성물이 전극 내 바인더 역할까지 맡도록 하여 활물질 함량을 극대화한 전극 구조체 기술입니다.
기존 고체 전해질은 이온 전도도가 낮고 계면 저항이 높은 문제가 있었습니다. 또한 별도 바인더를 사용하면서 에너지 밀도가 떨어지고, 제조 시 용매를 쓰는 탓에 건조 후 기공이 생기며 공정 효율이 낮아지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 카보닐, 아민, 에폭시, 페놀, 우레탄, 아크릴레이트 등의 작용기를 갖는 액상 모노머와 LiTFSI, LiFSI 등 과량의 리튬염을 직접 섞어 용매 없이 전극 활물질과 슬러리를 만들고, 이를 열가교하여 전극을 형성하도록 구성됩니다. 전극 내 전해질 조성물 함량을 9~23 중량%로 맞추어 바인더 없이도 충분한 접착력과 이온 네트워크를 확보합니다. NCM811, LNMO 등 고전압 양극을 쓰는 고분자계 전고체 전지나 통신장비·ESS용 셀 제조에 적용될 수 있어, 건조 공정과 용매 회수 단계를 생략해 생산 라인을 간소화할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 단이온전도체 기반 다차원 자유형상 전원 시스템 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 황화물계 고체전해질과 겔 고분자 전해질이 각각 연속적인 리튬 이온 채널을 형성하는 이중 연속상(co-continuous phase) 구조를 구현하여, 전해질의 이온전도도를 극대화하고 계면 저항을 낮추는 기술입니다.
기존 무기계 고체전해질은 깨지기 쉽고 전극과의 계면 저항이 높아 덴드라이트 성장을 유발하는 문제가 있었습니다. 반대로 고분자 전해질은 이온전도도가 낮아 단독으로 사용하기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 1~15wt%의 광중합성 단량체, LiFSI, 글라임계 화합물로 이루어진 겔 고분자 전해질 전구체와 황화물계 고체전해질을 1:9~3:7 중량비로 혼합한 뒤, 광중합과 50~250MPa 면압착 공정을 거쳐 이중 연속상을 형성하도록 구성됩니다. 아지로다이트계 황화물을 쓰는 전고체 전지의 분리막 대체 시트나 부직포 기반 박막 전해질층에 적용될 수 있어, 상온에서 10^-3 S/cm 이상의 이온전도도를 확보하면서도 취성으로 인한 공정 불량을 줄일 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 단이온전도체 기반 다차원 자유형상 전원 시스템 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 집전 기재 위에 비용매 유도 상분리(NIPS) 공법으로 나노다공성 나노셀룰로오스 코팅층을 형성하여, 균일한 리튬 전착을 유도하고 리튬 이온 전도도와 계면 안정성을 높이는 기술입니다.
기존 리튬 금속 음극은 덴드라이트 성장, 낮은 가역성, 부피 팽창 문제를 안고 있었습니다. 특히 무음극 시스템에서는 초기 리튬 핵 생성 단계의 전착·탈착 효율이 낮아 수명이 빠르게 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 TEMPO 산화 나노셀룰로오스와 Li+ 등 짝양이온을 갖는 작용기를 포함한 5μm 이하의 박막 코팅층을 집전체에 도입하고, 비용매를 활용한 NIPS 공법으로 다공성 구조를 만들어 전해액 함침성을 높이도록 구성됩니다. 리튬과의 계면 안정성이 강화되어 덴드라이트 성장이 억제됩니다. 음극 활물질 없이 구리 집전체만으로 셀을 구성하는 무음극 리튬 금속 전지와 부피당 에너지가 중요한 스마트폰·전기차 배터리에 적용될 수 있어, 친환경 바이오 소재를 활용하면서 초기 리튬 손실을 줄이는 이점이 있습니다.
