본 기술은 극성 작용기를 포함하는 고분자와 이를 3차원 격자 구조로 감싸는 아라미드 나노섬유 프레임을 결합한 이차전지용 분리막 기술입니다. 95% 이상의 초다공성 구조를 형성하고 전해질과의 친화성을 높입니다.
기존 폴리올레핀 분리막은 기공률이 낮고 전해질 젖음성이 떨어져 에너지 밀도 향상에 한계가 있었습니다. 특히 리튬 금속 전지를 구동할 때 덴드라이트 성장과 열폭주로 인한 단락 발생 위험이 존재했습니다.
본 기술은 고분자 현탁액과 아라미드 나노씨드를 혼합해 도포한 뒤, 양성자성 용매 교환과 수중 침지에 의한 팽윤 공정을 거쳐 140~700nm 직경의 매크로기공을 가진 복합막을 제조하도록 구성됩니다. 고분자의 극성 작용기가 전해질 젖음성을 조절하고 불소 기반의 안정한 SEI 층 형성을 유도해 덴드라이트 성장을 억제합니다. 리튬 금속 음극을 채용한 고에너지 전지와 고출력 전동공구용 셀의 분리막으로 적용될 수 있어 전해액 함침 시간을 단축하고 내열 골격 덕분에 고온 수축으로 인한 단락 위험도 줄일 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 리튬 금속 전지의 음전극 및 고체-전해질-계면층에 적용 가능한 3차원 나노골격소재 개발과 이를 이용한 덴드라이트 형성 억제 심화연구 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 배터리 데이터를 패턴화된 이미지로 변환한 뒤, Laplace 및 Student's t 혼합 분포를 사전 확률로 쓰는 베이지안 합성곱 오토인코더(BCAE)에 입력해 불확실성이 정량화된 배터리 가상 상태 지표(VHI)를 생성하는 기술입니다. 생성된 지표는 비지도 학습 클러스터링을 거쳐 이상 열화를 감지하는 데 활용됩니다.
기존의 임계값 기반 방식이나 단순 딥러닝 방식은 대규모 라벨링 데이터가 반드시 필요하다는 문제가 있었습니다. 데이터가 제한된 환경에서는 성능이 떨어지고 복잡한 열화 패턴과 데이터 불확실성을 충분히 모델링하지 못해 초기 이상 열화를 잡아내기 어려웠습니다.
본 기술은 몬테카를로 샘플링과 Gumbel-Softmax 모듈을 함께 활용하는 변형 Bayes by Backprop 알고리즘으로 베이지안 오토인코더의 네트워크 파라미터를 최적화하도록 구성됩니다. 혼합 분포로 다양한 열화 패턴을 정교하게 모델링하므로 라벨이 부족해도 VHI를 만들 수 있고, GMM, DBSCAN 등 클러스터링으로 이상 여부를 자동 판별합니다. 전기차 운행 데이터 관제 서버, 배터리 셀 출하 검사, 사용후 배터리 등급 판정 시스템에 적용될 수 있어 라벨링 비용을 들이지 않고도 결함 셀을 조기에 선별할 수 있습니다.
본 발명은 산업통상자원부의 ③ 산업단지 폐자원 에너지 전환형 마이크로그리드 플랫폼 개발 및 실증 연구 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 전이금속 황화합물이 코팅된 도전성 카본 담체에 황을 함침시킨 황 복합체와 황화물계 고체전해질을 극성도 3~5의 극성용매(예: 이소프로필 아세테이트)로 습식 혼합하는 기술입니다. 계면에 폴리술피도-인터미디에이트 화합물(P-IC)을 형성하여 입자 간 접촉 면적과 계면 결합력을 극대화합니다.
기존 건식 혼합법이나 무극성 용매를 사용하면 황과 고체전해질을 균일하게 섞기 어려운 문제가 있었습니다. 계면 접촉 불량으로 내부 저항이 커지고 보이드(void)가 생기면서 이온 전도도가 낮아지고 전지 용량이 줄어드는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 극성도 3~5인 극성용매 안에서 황 복합체와 황화물계 고체전해질을 습식 혼합해 계면 화학 반응을 유도하도록 구성됩니다. 이 과정에서 생성되는 폴리술피도-인터미디에이트 화합물(3Li+-PS4+n3-)이 입자 간 계면 접착 강도를 0.15N 이상으로 높이고 보이드를 최소화해 전극 내 이온 전도 채널을 확보합니다. 고에너지 밀도가 요구되는 드론, 도심항공교통(UAM), 경량 전기차용 전고체 리튬황전지 양극 공정에 적용될 수 있어 황 활물질 이용률을 끌어올리고 셀 단위 중량당 용량을 높이는 데 기여합니다.
본 발명은 산업통상자원부의 탄소중립 인력양성 에너지 혁신 연구센터 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 수계 리튬이차전지에서 LiMn2O4 등 활물질 표면을 AlF3 같은 금속 불화물이나 금속 산화물로 코팅하여, 전해액과 활물질 사이의 부반응을 차단하고 표면 열화 및 Mn 이온 용출을 방지하는 기술입니다.
수계 전해질을 쓰는 리튬이차전지는 전해액의 전기화학적 불안정성 때문에 활물질 표면이 쉽게 열화되는 문제가 있었습니다. 특히 LiMn2O4는 비가역적인 상 전이와 Mn 이온 용출이 겹치면서 사이클 수명과 출력 특성이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 금속 불화물인 AlF3를 양극 활물질 중량 대비 0.001~10 wt%, LiMn2O4의 경우 최적 2 wt%로 균일하게 입혀, 리튬 이온의 삽입·탈리 구조를 유지하면서 수계 환경의 부반응을 억제하도록 구성됩니다. 화재 위험을 낮춰야 하는 건물 내 비상 전원이나 활성탄 음극을 조합한 하이브리드 커패시터형 저장장치에 적용될 수 있어, 1C 100사이클 후 약 90%의 용량 보유율이라는 수치로 내구성을 입증합니다.
본 기술은 포스페이트와 실릴 작용기를 함께 지닌 TMSPO를 전해액 첨가제로 사용하여, High-Ni NCM 양극 표면에 보호용 CEI 층을 만들고 전이금속 용출을 부추기는 불소계 물질을 제거함으로써 계면 안정성을 높이는 기술입니다.
High-Ni계 NCM 양극 소재는 고온에서 충방전할 때 계면이 불안정해 전해액 부반응이 끊임없이 일어나는 문제가 있었습니다. 이 때문에 전이금속이 용출되고 수명 특성이 급격히 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 전해액에 TMSPO를 2wt% 첨가하고 25℃ 상온에서 초기 화성 공정을 진행하여, 양극 표면에 치밀하고 균일한 CEI 층이 형성되도록 구성됩니다. NCM811 기반 장거리 전기차 셀이나 고온 운전이 잦은 전동공구용 배터리에 적용될 수 있어, 60℃ 50회 충방전 후에도 82% 용량을 지키는 고니켈 셀의 전해액 설계 근거가 됩니다.
본 기술은 갈륨계 액체금속을 비극성 용매 안에서 계면활성제로 구형 분산시킨 뒤 아연 입자와 혼합하여, 액체금속 보호층이 아연 입자를 감싸는 복합체 구조를 형성함으로써 아연 전극의 수지상 성장과 부반응을 억제하는 기술입니다.
수계 아연 전지 음극은 충방전 과정에서 아연 수지상(dendrite)이 성장하고 아연 부식이 진행되는 문제가 있었습니다. 또한 수계 전해질과의 반응으로 수소 발생 반응(HER)이 일어나 전지 수명이 줄고 단락이 발생하는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 비극성 용매와 극성 용매를 함께 활용하는 모세관 현탁액(capillary suspension) 공법으로 아연 입자 표면에 40~100nm 두께의 액체금속 보호층을 균일하게 형성하도록 구성됩니다. 이 보호층은 전기 전도 네트워크를 유지하면서 아연의 특정 결정면 방향 성장을 유도해 수지상 성장을 억제하고, 전해질과의 직접 접촉을 막아 부식을 방지합니다. 화재 위험이 낮아야 하는 건물 내 정치형 에너지저장장치나 웨어러블 기기용 수계 아연 전지에 적용될 수 있어, 수소 가스 발생에 따른 셀 팽창 우려를 덜고 사용 기간을 늘릴 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 단이온전도체 기반 다차원 자유형상 전원 시스템 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 리튬 금속 음극 표면에 모노머, 리튬염을 포함한 액체 전해질, 무기 입자를 혼합해 중합한 겔 고분자 전해질 보호막을 형성하여, 고체 전해질과의 계면 저항을 낮추고 화학적 반응을 억제하는 기술입니다.
황화물계 고체 전해질은 리튬 금속과의 반응성이 높아 분해되거나 큰 계면 저항을 유발하는 문제가 있었습니다. 계면에 공극(void)이 생기면서 리튬 덴드라이트 성장과 크랙 확장이 일어나 안전성과 수명이 떨어지는 한계도 존재했습니다.
본 기술은 ETPTA 등의 모노머와 리튬염이 용해된 액체 전해질을 ZnO 등 무기 입자와 섞은 뒤 리튬 금속 표면에 도포하고 광중합 또는 열중합하여 균일한 보호막을 형성하도록 구성됩니다. 이 보호막은 리튬 이온 확산 계수를 높이고 전극-전해질 계면 안정성을 크게 강화합니다. 리튬 금속을 음극으로 쓰는 황화물계 전고체 전지와 고에너지 밀도가 요구되는 통신·운송·에너지저장 장치에 적용될 수 있어, 1 ㎛ 이하의 얇은 막만으로 계면 접촉을 유지하며 셀 단락 위험을 낮출 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 단이온전도체 기반 다차원 자유형상 전원 시스템 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 수계 공정에서 양극 활물질과 물 분자 사이의 부반응을 억제하기 위해, 물 분자의 활동도를 낮추는 코스모트로픽(kosmotropic) 음이온 함유 수계 전해질을 슬러리 조성물에 도입하는 기술입니다.
수계 공정을 적용하면 물과 양극 활물질, 특히 하이니켈계 소재 사이에 부반응이 일어나 활물질이 불안정해지고 pH가 상승하는 문제가 있었습니다. 그 결과 집전체 부식까지 발생하여 전지 성능과 수명이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 SO4^2-, TFA-, Cl-, BF4-, PO4^3- 등의 코스모트로픽 음이온과 Li+, Na+, Mg^2+ 등의 양이온으로 이루어진 금속염을 0.1~2.0 몰농도로 수계 전해질에 첨가하여 수계 슬러리의 계면 안정성을 확보하도록 구성됩니다. NMP 유기용매를 퇴출하려는 친환경 양극 코팅 라인이나 하이니켈 양극의 수계 전환 공정에 적용될 수 있어, 용매 회수 설비 부담과 VOC 배출을 함께 줄일 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 단이온전도체 기반 다차원 자유형상전원 시스템 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 전고체전지용 양극활물질의 이차입자를 이루는 일차입자를 중심부에서 표면부로 향하는 방사형 로드쉐입(rod shape) 구조로 배향시키는 기술입니다. 이를 통해 리튬 이온 확산 경로를 확보하고 부피 변화에 따른 마이크로크랙을 억제하여 고체전해질과의 계면 안정성을 높입니다.
기존 전고체전지용 양극활물질은 일차입자가 무작위로 배향되어 충방전 시 이방성 부피 변화로 마이크로크랙이 생기는 문제가 있었습니다. 그 결과 고체전해질과의 계면 저항이 커지고 이차입자 내부로 리튬 이온이 원활히 확산하지 못해 사이클 수명과 전기화학적 성능이 저하되었습니다.
본 기술은 이차입자 표면부의 일차입자를 장축이 중심부를 향하는 로드쉐입 형태로 배열하고, 중심부에서 표면부로 갈수록 a축/c축 길이비를 증가시켜 리튬 이온 확산 경로를 최적화하도록 구성됩니다. 아울러 표면은 저농도, 중심은 고농도인 니켈 농도구배를 적용해 고체전해질과의 부반응을 줄이면서 용량을 확보합니다. 황화물계, 할라이드계, 산화물계 고체전해질을 쓰는 차세대 전고체 셀의 하이니켈 양극에 적용될 수 있어 고체-고체 계면에서 접촉이 끊기는 현상을 늦추고 장기 사이클 용량 유지에 유리합니다.
본 기술은 바나듐 산화물(V2O5) 기반 층상구조에서 포타슘(K) 사이트의 일부를 전기화학적으로 비활성인 스트론튬(Sr)으로 치환한 양극활물질 기술입니다. 이를 통해 충방전 중 구조적 안정성을 확보하고 이온 전달 속도와 수명 특성을 향상시킵니다.
포타슘 이온은 이온 반경이 커서 삽입과 탈리 과정에서 결정 구조에 큰 스트레스를 주는 문제가 있었습니다. 또한 넓은 층간 간격 때문에 전해질과의 부반응이 심하고, 장기 사이클에서 결정 구조가 붕괴되어 수명과 용량이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 K-V-O 층상구조 내 포타슘 일부를 K:Sr 원자비 2~15:1 범위로 스트론튬으로 치환해 강한 Sr-O 결합을 형성하도록 구성됩니다. 수열 합성법으로 평균 200~800nm 크기의 나노 입자를 제조해 전기화학적 특성과 기계적 물성을 함께 개선합니다. 리튬 자원 의존도를 낮춘 포타슘 이온 전지, 저비용 전력저장장치용 양극재 생산 라인에 적용될 수 있어 4.2V를 넘는 고전압 구동 조건에서도 층상 골격이 무너지지 않는 양극을 구현할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 고 에너지 밀도 포타슘 이온전지용 고전압 층상계 양극 소재 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 상태 추정, 열역학, 화학 반응, 압력 추정 모델로 구성된 다중 물리 연산 모델이 생성한 가상 데이터 셋으로 DeepONet 구조 등의 인공지능 모델을 사전 학습시키는 기술입니다. 학습된 모델은 실시간 배터리 온도와 냉각 성능을 입력받아 SEI 농도, 전극 농도 등 내부 상태와 열 폭주 가능성을 예측합니다.
이차전지의 열 폭주를 예측하려면 복잡한 화학적·물리적 연산이 필요해 실시간 예측이 어려웠습니다. 또한 실제 실험 데이터로 모델을 학습시키는 데에는 많은 시간과 비용이 들고 확보 가능한 데이터도 제한적이라는 한계가 있었습니다.
본 기술은 가상 시나리오에서 도출한 열 곡선을 다중 물리 연산 모델에 넣어 가상 데이터 셋을 만들고, 이를 이용해 인공지능 알고리즘을 미리 학습시키도록 구성됩니다. 운용 단계에서는 측정된 배터리 표면 온도와 냉각 유체의 온도, 유속, 대류 계수 등을 입력해 열 폭주 상태 정보와 발생 가능성을 빠르게 추론합니다. 전기차 배터리팩, 대형 ESS 컨테이너, 배터리 안전 모니터링 플랫폼에 적용될 수 있어 값비싼 열 남용 실험 없이도 열 폭주 조기 경보와 냉각 시스템 선제 가동을 구현할 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 LiFePO4 등 올리빈형 양극 활물질을 사용하는 수계 리튬 이차전지에서 수성 전해액에 에틸렌글리콜(EtG)을 10~20 wt% 첨가해 빙점을 낮추고 이온 전도도를 유지함으로써, 영하 온도에서 전극 분극과 표면 저항 증가를 억제하는 기술입니다.
수계 전해액은 빙점이 높아 영하의 환경에서 이온 전도도가 급격히 떨어지는 문제가 있었습니다. 그 결과 LiFePO4 양극의 전극 저항이 커지고 분극이 심해져 사이클 성능과 속도 특성이 크게 나빠지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 1M Li2SO4 수성 전해액에 동결방지 첨가제인 에틸렌글리콜을 10~20 wt% 농도로 최적화해 넣어, 전해액의 작동 온도 범위를 영하까지 넓히고 저온에서의 리튬 이온 이동과 삽입·탈리 반응 속도를 끌어올리도록 구성됩니다. 겨울철 옥외에 설치되는 태양광 연계 저장장치, 한랭지 통신 기지국 백업 전원 등에 적용될 수 있어 -10℃ 수준에서도 100사이클 후 90 mAh g-1 이상의 방전 용량을 확보할 수 있습니다.
본 기술은 LiV3O8 음극 활물질 표면에 AlF3 등 금속 불화물(MeFx) 코팅층을 형성하여 수계 전해액 속에서도 구조적 안정성을 확보하고, 바나듐 이온 용해와 부반응을 억제하며 이온 전도도를 향상시키는 기술입니다.
수계 전해질을 사용하는 경우 LiV3O8 음극은 전자 전도성이 낮고 충방전 중 비가역적인 구조 변화를 겪는 문제가 있었습니다. 게다가 전해액으로 바나듐 이온이 녹아 나오고 부반응 생성물이 쌓이면서 사이클 성능이 떨어지고 용량이 빠르게 감소하는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 LiV3O8 입자 표면에 AlF3 코팅층을 입히되, 130~140℃ 건조와 아르곤 분위기 300~500℃ 하소를 거쳐 코팅량을 0.1~3 중량%로 유지함으로써 전해액과의 직접 접촉을 차단하도록 구성됩니다. 불연성 수계 전해액을 쓰는 가정용·산업용 저장 전지와 안전성이 중요한 웨어러블 전원 등에 적용될 수 있어, 유기 전해액 없이도 오래 쓰는 저비용 수계 전지 음극 설계의 선택지를 넓혀 줍니다.
본 기술은 구리 시트 양면에 카본 시트가 부착된 폐전극을 산 용액 안에서 정해진 세기의 초음파로 처리하여, 화학적 침출 없이 물리적 박리를 유도함으로써 불순물이 제거된 순수한 구리 시트를 회수하는 기술입니다.
폐전극에서 구리 시트를 회수하던 종래 기술은 강한 산성 용액에 침출시키거나 복잡한 중화 공정을 거쳐야 했습니다. 이 과정에서 구리 시트에 불순물이 남거나 구리 자체가 손상되어 재활용 효율이 낮고 추가 정제 공정이 필요한 문제가 있었습니다.
본 기술은 10~30% 농도, pH 2~3의 산 용액에 폐전극을 침지하고 200~300W 세기의 초음파를 10~30분간 가하여 카본 시트를 물리적으로 떼어낸 뒤, 세척과 상온 건조만으로 구리를 회수하도록 구성됩니다. 폐배터리 음극 스크랩 재활용 공장과 전극 제조 공정의 불량품 회수 라인에 적용될 수 있어, 구리 손상 없이 곧바로 재투입 가능한 집전체 원료를 확보하고 폐산 중화 부담도 덜 수 있습니다.
본 발명은 지식경제부의 난분리성 금속/폴리머 복합재료의 자원재활용 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 원자층증착(ALD) 공정을 이용해 리튬이차전지용 고체전해질 파우더 표면에 0.1~10nm 두께의 금속산화물 박막을 균일하게 형성하는 기술입니다. 리액터의 주기적 회전과 교반 비드, 주입 유도 펌핑(injection induction pumping) 시퀀스를 활용하여 입자 뭉침을 막고 코팅 균일도를 극대화합니다.
졸-겔법 등 기존 코팅 기술은 코팅 두께를 제어하기 어렵고 분체 입자 간 뭉침이나 불균일한 코팅이 발생하기 쉬웠습니다. 이로 인해 이온 전도도가 떨어지거나 전극-전해질 계면의 화학적 부반응을 충분히 억제하지 못하는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 진공 챔버 안에 회전 가능한 리액터를 두고 비드와 파우더를 함께 투입해 물리적으로 교반하면서 코팅 소스 공급, 퍼지, 산화제 공급, 퍼지로 이어지는 ALD 사이클을 반복하며, 각 공급 직후 주입 유도 펌핑으로 전구체 역류를 막고 유지·퍼지·펌핑 시간을 세밀하게 조절하도록 구성됩니다. 가넷형 LLZO 등 산화물계 고체전해질을 쓰는 전고체 전지 양산과 분말 표면 개질 장비 분야에 적용될 수 있어, 나노미터 단위 보호막으로 계면 부반응을 억제하면서 분체 전체에 고른 코팅 품질을 확보할 수 있습니다.
본 발명은 미래창조과학부의 건설구조물 내구성 혁신 연구센터 지원을 통해 개발되었습니다.
