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 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 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 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 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.
본 기술은 리튬이온이차전지 전해질에 트리스(트리메틸실릴)포스파이트(TMSP)를 첨가하여, 전기화학적 환원과 화학 반응 경로를 거쳐 그래파이트 음극 표면에 인(P)과 규소(Si)를 함유한 안정한 SEI 층을 형성함으로써 전지의 수명과 고온 안정성을 높이는 기술입니다.
기존 VC 등의 전해질 첨가제는 고용량 양극재와의 상용성이 부족하여 사이클 수명이 떨어지고 고온에서 스웰링이 발생하는 문제가 있었습니다. 또한 SEI 층이 불균일하게 형성되어 전해질이 지속적으로 분해되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 전해질 전체 중량 대비 3중량%의 TMSP와 에틸렌카보네이트(EC)·에틸메틸카보네이트(EMC) 혼합 유기용매를 사용하여, XPS와 31P-NMR에서 특정 피크를 나타내는 화학적으로 개질된 SEI 층이 음극 표면에 형성되도록 구성됩니다. 이 전해질은 그래파이트 음극을 채용한 전기차용 파우치 셀, 고온 환경에 노출되는 에너지저장장치 셀 등에 적용될 수 있어 50사이클 이후에도 95% 이상의 비용량 유지율을 기대할 수 있습니다.
본 기술은 전기전도성을 가진 아닐린 주쇄에 극성 작용기(-COOH)를 가진 안트라닐산을 공중합하여 실리콘 나노입자와의 결합력을 높인 전도성 고분자 바인더 기술입니다. 실리콘 음극의 부피 팽창을 효과적으로 수용합니다.
실리콘 음극 활물질은 충·방전 시 300~400%에 이르는 급격한 부피 변화로 전극이 탈리되는 문제가 있었습니다. 기존 PVdF 등 바인더는 실리콘과의 물리적 상호작용이 부족하여 전지 수명과 효율이 빠르게 열화되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 아닐린과 안트라닐산을 0.45:0.55~0.55:0.45의 몰비로 중합한 PAAA(Poly(aniline-co-anthranilic acid)) 공중합체를 바인더로 사용하도록 구성됩니다. -COOH 작용기가 실리콘 표면(SiO2, Si-OH) 및 집전체와 수소 결합을 형성해 접착력을 강화하고 리튬 이온 전도도를 높여 부피 팽창에 따른 기계적 스트레스를 완화합니다. 실리콘 나노입자 음극을 쓰는 고용량 리튬 이차전지와 전도성 바인더 소재 사업에 적용될 수 있어, 상온에서 수 시간 내 끝나는 간결한 중합 공정 덕분에 소재 생산 원가 부담도 낮습니다.
본 기술은 벌크형 전이금속 산화물을 질소 가스 분위기에서 열처리해 산소 일부를 질소로 치환하고 기공을 만든 중간 생성물을 얻은 뒤, 산소 가스 분위기에서 추가 열처리하여 질소가 도핑된 다공성 전이금속 화합물을 제조하는 기술입니다.
기존 벌크형 전이금속 산화물은 비표면적이 작고 결정립이 커서, 리튬 이차 전지의 전극 활물질로 쓰면 리튬 이온 확산 속도가 제한되고 용량과 수명 특성이 낮아지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 TiO2 또는 Co3O4 벌크 산화물을 암모니아 분위기에서 질화 처리해 티타늄 산질화물이나 코발트 일산화물 중간 생성물을 만든 다음, 산소 분위기에서 산화 처리하여 원래와 동일한 결정 구조를 유지하면서 기공이 도입되고 결정립이 작아진 나노 다공 구조로 변환하도록 구성됩니다. 휴대기기와 전동공구용 리튬 이차 전지의 고용량 음극 활물질에 적용될 수 있어, 조성비는 원료와 같게 유지하면서도 내부 기공 면적을 외부 표면적 이상으로 키워 전해질 접촉 면적을 크게 넓힐 수 있습니다.
본 발명은 삼성전자 미래기술육성센터의 순차적 기상 반응을 이용한 고용량/고속충전용 전극소재 개발 연구 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 벌크 타입 금속 산화물을 질소 분위기에서 열처리해 산소 함량이 낮고 기공이 형성된 금속 화합물 구조체를 만든 뒤, 산소 분위기에서 다시 열처리하여 비표면적이 넓고 결정립이 미세한 질소 도핑 금속 산화물 구조체를 얻는 Top-down 공정 기술입니다.
기존 벌크 소재는 비표면적이 낮고 결정립이 커서 이온 확산 경로가 비효율적이었고, 그 결과 리튬 이차 전지의 전기화학적 성능이 제한되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 금속 원소가 4~8족인지 9족인지에 따라 1차와 2차 열처리 온도의 대소 관계를 달리 제어하며, 암모니아 분위기의 1차 열처리로 산질화물 등 다공성 전구체를 생성하고 산소 분위기의 2차 열처리로 질소 도핑과 아나타제 상 같은 준안정 결정 구조를 형성하도록 구성됩니다. 티타늄·니오븀·코발트·철 산화물계 음극 소재와 광촉매·센서용 다공성 산화물 생산에 적용될 수 있어, 상용 벌크 분말을 원료로 별도 템플릿 없이 나노 다공 구조를 얻을 수 있다는 점이 강점입니다.
본 발명은 삼성전자 미래기술육성센터의 순차적 기상 반응을 이용한 고용량/고속충전용 전극소재 개발 연구 지원을 통해 개발되었습니다.
