본 기술은 구형으로 뭉친 탄소나노튜브(CNT)의 한쪽 반구면에만 금속산화물을 물리적으로 증착하여, 금속산화물의 화학적 흡착 특성과 노출된 탄소나노튜브 기공을 통한 이온 전도성을 동시에 확보한 리튬-황 전지용 복합체 구조입니다.
기존 리튬-황 전지 양극 소재는 탄소나노튜브 전면을 금속산화물로 감싸는 방식이어서, 코팅층이 전극 저항을 키워 이온 전도도가 낮아지고 율속 특성이 떨어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 분무 건조로 만든 구형 탄소나노튜브를 열진공증착기에 넣고 몰리브덴 산화물 등 금속산화물을 한쪽 방향으로만 코팅하여, 산화물 면에서는 리튬 폴리설파이드를 붙잡고 드러난 기공으로는 이온과 전자가 빠르게 이동하도록 구성됩니다. 고율 충방전이 요구되는 리튬-황 전지 양극, 황 호스트 소재, 기능성 탄소 전극에 적용될 수 있어 폴리설파이드 흡착력을 유지하면서도 전극 저항을 최소화할 수 있습니다.
본 기술은 리튬-공기전지 내부에서 LiTFSI 전해질 염의 전기화학적 환원 반응을 유도하여, 카본 페이퍼 공기극 표면에 플루오르(F)를 in-situ로 직접 도핑하고 카르복실기를 함께 형성하는 기술입니다.
기존 리튬-공기전지는 방전 생성물인 Li2O2가 공기극 기공을 막아 방전 용량이 줄어들고, 충전 시 과전압이 높아 충방전 효율이 낮았습니다. 아울러 외부 산소 공급과 전자·이온 이동이 제약되어 고출력·고용량을 구현하기 어렵다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 셀을 조립한 뒤 불활성 대기에서 0.05mA의 전류를 8~10시간 인가하여 LiTFSI를 환원시키고, 이를 통해 카본 페이퍼 표면에 플루오르와 카르복실기를 도입하도록 구성됩니다. 산소 친화도가 높아져 O2 확산 경로가 확보되고 Li2O2가 생성될 활성 사이트가 늘어납니다. 드론·장거리 모빌리티용 초고에너지밀도 전원과 차세대 금속-공기전지 공기극 개발에 적용될 수 있어, 별도 도핑 설비 없이 셀 조립 후 전류 인가만으로 공기극 기능화를 마칠 수 있습니다.
본 발명은 교육부의 고출력 리튬-공기 전지 양극 소재 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 리튬이차전지용 LLZO(Li7La3Zr2O12) 고체전해질을 합성할 때 Al2O3를 7.5 mol% 첨가하여 알루미나 도가니 내 반응성을 제어함으로써, 불순물 생성을 억제하고 입방정계(Cubic) 구조가 안정적으로 형성되도록 하는 제조 기술입니다.
기존 LLZO 합성 공정에서는 알루미나 도가니와 LLZO 분말이 반응하여 불순물이 생성되고, 그 결과 이온전도도가 떨어지는 문제가 있었습니다. 이를 피하려면 고가의 백금 도가니를 사용해야 하는 비용적 한계가 존재했습니다.
본 기술은 Al2O3를 7.5 mol% 첨가한 원료 혼합물을 800~850℃에서 1차 열처리하고, 분쇄 후 1000~1050℃에서 2차 열처리하도록 구성됩니다. 첨가된 Al이 LLZO 결정 구조의 빈자리에 삽입되어 입방정 구조를 안정화하므로 일반 알루미나 도가니로도 고순도 고체전해질을 합성할 수 있습니다. 산화물계 전고체전지용 전해질 분말 양산과 리튬금속 음극 보호막 소재 생산에 적용될 수 있어, 귀금속 도가니 의존을 없애고 소성 설비 투자비를 크게 절감할 수 있습니다.
본 발명은 교육부의 핵심연구지원센터 조성 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 전압, 전류, 온도, 동작시간 등 배터리의 실시간 운전 데이터를 입력으로 삼아 먼저 현재 건강 상태(SOH)를 추정하고, 그 SOH에 최적화된 신경망 모델을 모델 뱅크에서 골라 충전 상태(SOC)를 정밀하게 추정하는 기술입니다.
쿨롱 카운팅이나 단순 확장 칼만 필터(EKF) 같은 기존 SOC·SOH 추정 방식은 배터리 열화에 따른 특성 변화를 유연하게 반영하지 못했습니다. 또한 특정 운전 조건에서는 모델 정확도가 급격히 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 정상, 주의, 결함 등 건강 상태별로 사전 학습된 복수의 신경망 모델(MNN 또는 LSTM)로 신경망 모델 뱅크를 구축하고, SOH 추정 결과에 맞춰 가장 적합한 모델을 동적으로 선택·전환해 SOC를 산출하도록 구성됩니다. 전기차 BMS, 노후 배터리를 재사용하는 ESS, 드론·로봇용 배터리 팩의 온라인 진단 등에 적용될 수 있어 사용 연한이 쌓일수록 벌어지던 잔량 표시 오차를 줄이고 교체 시점을 보다 정확히 판단할 수 있습니다.
본 기술은 리튬바나듐 산화물(Li3VO4)의 바나듐 격자점에 Cr, Mo, W 등의 도핑금속을 치환해 고용체를 형성함으로써, 결정 구조 내 리튬 이온 확산 저항을 줄이고 충·방전 시 나타나는 구조적·부피적 불안정성을 개선하는 음극 활물질 기술입니다.
기존 리튬바나듐 산화물은 충·방전이 반복되면서 리튬 삽입·탈리에 따른 결정 구조와 부피 변화가 발생해 활물질이 손실되고 충전 용량이 떨어지는 문제가 있었습니다. 또한 종래의 고상 합성법으로는 입도를 균일하게 조절하기 어렵고 미세 분말을 대량으로 합성하기 힘들었습니다.
본 기술은 용액 침전법으로 도핑금속(M: Cr, Mo, W)이 도입된 Li3V1-xMxO4(0 < x ≤ 0.07) 조성의 단사정계(Pmn21 공간군) 단일상 고용체를 합성하도록 구성됩니다. 이를 통해 구조 안정성을 확보하는 동시에 미세하고 균일한 입자를 대량으로 얻을 수 있습니다. 고출력 리튬 이온 전지 음극, 에너지 저장 장치용 셀 등에 적용될 수 있어 장기 사이클 동안 용량 감퇴를 억제하면서 분말 양산 단가 부담도 줄일 수 있습니다.
본 기술은 화학식 A2MF6(M은 Sn 또는 Ge)로 표시되는 주석염 또는 게르마늄염을 전해액 첨가제로 사용하여, 양극과 음극 표면에 안정적인 보호막(CEI 및 SEI)을 형성하는 기술입니다.
VC, FEC 같은 기존 첨가제는 고온 내구성을 높여 주지만 전기 저항을 크게 높여 전지의 출력 특성을 떨어뜨리는 문제가 있었습니다. 또한 양극재와 전해액 사이의 부반응으로 금속 이온이 용출되고 전지가 열화되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 전해액 총량 대비 0.01~1 중량%의 A2SnF6 또는 A2GeF6(A는 Na, K, NH4 등)를 첨가해 양극과 음극 표면에 보호막을 형성하도록 구성되며, 필요에 따라 A2SiF6 실리콘염을 더해 시너지 효과를 낼 수 있습니다. 여름철 고온에 노출되는 전기차 배터리 팩, 고출력이 요구되는 전동공구 및 하이브리드 차량용 셀 등에 적용될 수 있어 저항 증가로 인한 출력 손실을 피하면서 고온 사이클 수명을 연장할 수 있습니다.
본 기술은 질소가 도핑되고 마이크로·메조·매크로 기공을 계층적으로 갖추며 중심부가 오목한 십이면체 형상을 띠는 고흑연성 탄소 구조체를 황 호스트로 사용하여, 황 담지 효율을 높이고 리튬-황 전지의 셔틀 현상을 억제하는 기술입니다.
리튬-황 전지는 황의 전기 전도도가 낮고, 황이 환원될 때 생기는 리튬 폴리설파이드가 전극 사이를 오가는 셔틀 현상이 발생하는 문제가 있었습니다. 전극의 부피 팽창으로 사이클 수명이 떨어지고, 상업적 구동에 필요한 고로딩 황 담지도 어렵다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 ZIF-8 금속유기골격체와 마그네슘 금속환원제를 이용한 금속 열 환원(metallothermic reduction) 및 산 에칭으로, 비표면적 500~1000m²/g, 메조 기공 50 부피% 이상의 고흑연성 탄소 구조체를 제조하도록 구성됩니다. 이 구조체는 황을 안정적으로 붙잡아 전극 부피 변화를 줄이고, 도핑된 질소가 폴리설파이드와의 친화력을 높입니다. 경량성이 중요한 드론, 고고도 무인기, 전기 항공기용 리튬-황 전지 양극 등에 적용될 수 있어 5~15mg/cm² 수준의 고로딩 조건에서도 폴리설파이드 유실을 줄여 실용적인 면적당 용량을 구현할 수 있습니다.
본 기술은 상온에서 고체 상태를 유지하는 이미다졸륨 기반 유기 이온성 플라스틱 결정(OIPC)을 이온전도성 고분자 매트릭스에 도입하여, 기존 고분자 전해질의 낮은 이온전도도와 전기화학적 불안정성을 개선한 고분자 고체 전해질 기술입니다.
기존 고분자 고체 전해질은 액체 전해질이나 무기 전해질에 비해 이온전도도와 리튬 이온 수율이 낮아 상용화에 어려움이 있었습니다. 게다가 리튬 금속 음극과 함께 쓰면 덴드라이트가 자라 수명이 떨어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 폴리알킬렌 옥사이드계 등 이온전도성 고분자에 이미다졸륨 양이온과 Cl-, Br-, I- 할로겐 음이온으로 이루어진 유기 이온성 플라스틱 결정 및 리튬염을 함께 혼합해 전해질을 만들도록 구성됩니다. 이를 통해 상온에서 1.0x10^-3 S/cm 이상의 이온전도도를 확보하고 리튬 금속 음극과의 계면을 안정화합니다. 리튬 금속 음극을 채용한 전고체 전지, 누액 위험이 없는 웨어러블·플렉서블 기기용 전원 등에 적용될 수 있어 별도 가열 없이 상온에서 구동 가능한 고분자 전고체 셀 설계를 앞당길 수 있습니다.
본 기술은 배터리를 충전할 때 측정되는 전압(V), 전류(I), 온도(T) 세 가지 데이터를 묶어 시계열 패턴을 FNN, CNN, RNN, LSTM 등 머신러닝으로 학습시킴으로써, 복잡한 물리 모델 없이도 배터리의 현재 용량(Capacity)과 성능 상태(SoH)를 정확하게 추정하는 기술입니다.
기존 전기화학 모델이나 등가회로 모델은 수식이 복잡해 계산량과 하드웨어 자원 소모가 컸습니다. 또 전압처럼 한두 가지 지표만으로 열화를 판단하다 보니 실제 사용 환경에서 배터리 노화 상태를 추정하는 정확도가 낮은 한계가 있었습니다.
본 기술은 정전류·정전압 충전 구간에서 사이클마다 달라지는 전압, 전류, 온도 변화를 시계열로 측정해 해당 시점의 용량과 짝지은 매트릭스형 학습 데이터셋을 만들고, LSTM·GLU 등으로 이전의 불규칙한 방전 이력이 반영된 열화 패턴을 학습하도록 구성됩니다. 전기차 BMS, 에너지저장장치 운영 관리, 사용 후 배터리의 잔존가치 평가에 적용될 수 있어 별도 진단 장비 없이 충전 데이터만으로 교체 시점과 재사용 가능성을 판단할 수 있습니다.
본 기술은 실리콘처럼 용량이 큰 음극활물질이 충·방전 중 부풀어 오르는 현상을 억제하기 위해, 쿨롱 상호작용(정전기적 인력)과 수소결합을 활용하는 폴리아크릴아마이드 기반 음이온성·양이온성 고분자 바인더를 라디칼 중합으로 합성하는 기술입니다.
실리콘 등 고용량 음극재는 충·방전 과정에서 부피가 최대 300%까지 변해 전극이 기계적으로 부서지고 활물질이 떨어져 나갔습니다. 이와 함께 전해질이 계속 소모되고 SEI 층이 불안정해지면서 전지 용량과 수명이 급격히 줄어드는 문제가 있었습니다.
본 기술은 인산완충용액에 개시제와 아크릴아마이드, 설폰산계 또는 암모늄계 단량체를 넣고 질소 분위기에서 가열 중합해 음이온성·양이온성 고분자를 각각 만든 뒤, 두 고분자를 섞어 강하고 가역적인 쿨롱 상호작용과 수소결합 네트워크를 형성하도록 구성됩니다. 실리콘·실리콘산화물 복합 음극, 급속충전용 고용량 셀, 수계 전극 슬러리 공정에 적용될 수 있어 자가치유 효과로 부피 팽창 응력을 흡수하고, 단순한 합성 공정 덕분에 양산 전환도 수월합니다.
본 기술은 폐리튬이온전지의 황산 침출액에서 유기인산계 추출제인 Cyanex301과 TBP의 혼합물을 사용하여 코발트, 니켈 등 다른 유가 금속의 추출은 억제하고 구리 이온만을 선택적으로 추출·분리하는 기술입니다.
폐리튬이온전지 황산 침출액에는 구리, 코발트, 니켈 등이 함께 녹아 있어, 구리를 먼저 제거하지 않으면 코발트와 니켈을 고순도로 분리·회수하기가 기술적으로 어려웠습니다. 이로 인해 복잡한 정제 공정이 추가로 요구되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 황산 농도 0.01~3.0M의 침출액에 Cyanex301과 TBP를 함께 첨가하고, 수상의 부피를 유기상보다 크게 유지하여 구리를 선택적으로 추출하도록 구성됩니다. 추출된 구리는 질산 또는 왕수로 탈거하고, 남은 여액에서는 D2EHPA로 잔류 유가 금속을 회수합니다. 용매추출 기반 배터리 재활용 정제 라인의 전단 공정과 구리 불순물 관리가 까다로운 황산니켈·황산코발트 생산에 적용될 수 있어, 후단 금속의 순도를 손쉽게 끌어올리는 탈구리 모듈로 활용됩니다.
본 기술은 폐리튬이온전지를 열처리하여 얻은 금속 혼합물을 대상으로 용액의 종류, 산 농도, 반응 온도 및 펄프 밀도를 정밀하게 제어하여 코발트와 니켈을 단계별로 선택 용해하고 분리하는 습식 침출 공정입니다.
기존 폐배터리 금속 회수 공정은 건식과 습식 공정을 복합적으로 거치는 다단 처리가 필요해 회수 비용이 높고 환경 부담이 컸습니다. 또한 금속 간 선택적 분리 효율이 낮아 고순도 금속을 회수하기 어렵다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 메탄술폰산과 과산화수소를 포함한 제1 용액에서 45℃ 이하로 코발트를 우선 침출하고, 남은 잔사를 황산(필요 시 과산화수소 병용) 기반의 제2 용액에 침지하여 니켈을 선택적으로 용해하도록 구성됩니다. 코발트 함량이 높은 소형 IT 기기 폐전지 재활용과 구리 잔사의 별도 제련 원료화에 적용될 수 있어, 단순한 2단 침출만으로 금속별 용액을 나누어 후속 정제 부담을 덜어줍니다.
본 발명은 산업통상자원부의 중대형 폐리튬이차전지 내 유가금속 회수를 위한 2000톤년 급 고온환원용융 상용화 및 농축분리 기술개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 전고체 전지의 양극 복합체층 표면에 금속 매쉬를 압착 성형하여 그물망 형태의 미세 패턴을 새김으로써, 고체 전해질과의 접촉 면적을 물리적으로 늘리고 리튬 이온 이동도와 계면 저항을 개선하는 기술입니다.
전고체 전지에서는 고체 전해질과 전극 사이의 물리적 접촉이 불량하여 계면 저항이 높게 나타났습니다. 이러한 높은 계면 저항은 결국 전지 전체의 성능 저하로 이어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 금속 포일 위에 도포한 양극 슬러리에 100~250mesh 능직 스테인리스 스틸 매쉬를 5분 또는 24시간 동안 압착 성형하여, 폭 90~110㎛의 볼록부와 오목부로 이루어진 매쉬 패턴을 양극 복합체층 표면에 형성하도록 구성됩니다. 황화물계 고체 전해질을 쓰는 전고체 전지 양극, 고체 전해질층과 리튬 음극을 적층한 차세대 전기차용 셀 등에 적용될 수 있어 고가 장비 없이 기존 코팅 라인에 매쉬 압착 공정만 더해 계면 특성을 끌어올릴 수 있습니다.
본 기술은 4-hydroxybutyl acrylate(HBA) 또는 4-hydroxybutyl methacrylate(HBMA) 단량체를 가교제와 함께 전극 위에서 직접 광중합(in-situ)하여, 히드록시기(-OH)의 수소결합을 통해 점착력과 이온전도도를 높인 젤 고분자 전해질을 형성하는 기술입니다.
기존 액체 전해질은 누출과 화재 위험 등 안전성 문제가 있었습니다. 또한 통상적인 젤 고분자 전해질은 전극과의 접촉 면적이 작아 계면 저항이 발생하고, 유연 배터리에 필요한 충분한 점착성을 확보하기 어렵다는 한계가 있었습니다.
본 기술은 HBA 또는 HBMA 단량체와 아크릴레이트·메타크릴레이트 계열 가교제를 섞은 pre-gel 용액을 전극 위에 도포한 뒤 in-situ 중합하여, tanδ 1 이하의 점탄성 고체 젤 전해질을 얻도록 구성됩니다. 이렇게 형성된 전해질은 전극 파우더 사이 공간을 빈틈없이 채워 높은 점착성과 10^-3 S/cm 이상의 이온전도도를 나타냅니다. 플렉서블 배터리, 웨어러블 기기용 박형 전지, 누액 방지가 중요한 파우치형 리튬 이차전지 등에 적용될 수 있어 반복적인 굽힘에도 전극과 전해질이 들뜨지 않는 셀을 구현할 수 있습니다.
본 기술은 마그네슘, 칼슘 등 알칼리토금속이 층간에 삽입된 층상 바나듐 산화물 수화물(AxV2O5·y(H2O))을 전극 활물질로 사용하여 칼슘 이온(Ca²⁺)의 가역적인 탈·삽입을 가능하게 하는 기술입니다.
리튬 이온 전지용 양극 소재인 V2O5를 2가 이온인 칼슘 이온 전지에 그대로 쓰면 칼슘 이온의 삽입과 탈리가 원활하지 않아, 충·방전 자체가 불가능하거나 성능이 크게 제한되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 산성 수용액에서 V2O5와 알칼리토금속 염을 반응시켜, 알칼리토금속이 층 사이에 자리한 새로운 결정 구조의 AxV2O5·y(H2O)(x 0.1~2, y 0~9) 수화물 활물질을 합성함으로써 칼슘 이온이 오갈 수 있는 가역적 이동 경로를 확보하도록 구성됩니다. 리튬 자원 부담이 없는 칼슘 기반 대용량 에너지 저장장치, 수계 전해액을 쓰는 저비용 전지 등에 적용될 수 있어 매장량이 풍부한 칼슘을 활용한 차세대 다가 이온 전지의 상용화 가능성을 넓힐 수 있습니다.
