본 기술은 양친성 블록공중합체와 금속 전구체를 이용한 증발유도 자기조립(EISA) 공정을 통해, 메조기공과 매크로기공이 공존하는 계층형 다공성 무기산화물을 제조하여 이온 전달 성능을 극대화함 기술입니다.
기존의 콜로이드 템플릿 방식은 복잡한 공정과 낮은 기계적 강도를 가지며, 블록공중합체만을 사용한 방식은 거대상 분리(macrophase separation) 현상으로 인해 불규칙한 구조가 형성되는 기술적 한계가 있음 문제가 있었습니다.
본 기술은 질산(HNO3)과 같은 산의 첨가 및 증발 속도 제어를 통해 블록공중합체의 자기조립 거동을 정밀하게 제어함으로써, 구조적으로 안정하고 연결성이 우수한 매크로기공 및 메조기공을 균일하게 형성함으로써, 이차전지 시장에서 차별화된 기술적 강점을 제공할 수 있습니다.
본 기술은 실리콘 산화물(SiO) 전구체에 금속 화합물(Li, Na 화합물 등)을 혼합하여 열처리함으로써, 기존 고온 공정 없이도 저온에서 나노 실리콘(crystalline Si)과 결정질 금속 실리케이트(Me_ySi_zO)가 포함된 복합체를 형성하는 기술입니다.
실리콘 음극재의 고질적인 문제인 리튬 삽입/탈리 과정에서의 급격한 부피 팽창으로 인한 전극 파괴 및 수명 단축. 또한, 나노 실리콘을 형성하기 위한 고온 열처리 공정의 높은 제조 비용과 복잡한 공정(분쇄 과정 등) 문제 문제가 있었습니다.
본 기술은 SiO와 금속 화합물(수산화 리튬 등)을 볼밀로 혼합하여 500~1000℃의 비활성 분위기에서 가열함으로써, 부피 팽창을 완화하는 결정질 금속 실리케이트 기질 내에 나노 실리콘이 분산된 복합물을 제조하여 음극 수명 특성을 개선함으로써, 차세대 이차전지 음극 소재 개발에 실질적인 해법을 제시할 수 있습니다.
본 기술은 식물 유래 천연 화합물인 2-하이드록시-1,4-나프토퀴논(로손, Lawsone)의 2차원 평면 결정 구조와 분자 간 수소 결합을 이용해 전기 전도도 및 리튬 이온 확산 성능을 극대화한 유기 양극재 기술입니다.
기존 유기 양극재(퀴논계 등)의 낮은 전기적/이온적 전도도로 인해 발생하는 이론 용량 미달 및 충·방전 속도 제한 문제 문제가 있었습니다.
본 기술은 천연 헤나 잎에서 추출한 로손(Lawsone) 분자를 2차원 평면 배열로 결정화하여 p-오비탈 중첩을 극대화하고, 이를 가스 디퓨전 레이어(GDL)에 2.0-3.0 mg/cm² 수준으로 담지하여 전하 전달 및 리튬 이온 확산 효율을 향상시킴함으로써, 리튬 이차전지 양극 소재 관련 기술의 완성도를 끌어올리는 기반이 될 수 있습니다.
본 기술은 스피넬 구조(LiNi0.5Mn1.5O4)와 층상 구조(Li2MnO3)의 복합체를 고온 열처리 후 퀜칭(quenching)하여, 스피넬 상에서 용해도가 낮아진 니켈이 층상 구조 내부로 결합되도록 유도함으로써 전기화학적 활성도를 향상시키는 기술입니다.
기존 스피넬-층상 복합체 제조 시 자연 냉각 방식을 사용하면 고온에서 형성된 암염상(rock-salt phase)이 잔존하거나 구조적/조성적 불안정으로 인해 전기화학적 활성도가 낮아지고 에너지 밀도가 저하되는 문제 문제가 있었습니다.
본 기술은 스피넬 구조와 층상 구조 복합체를 700~900℃에서 열처리한 뒤 퍼니스 밖으로 꺼내 급속 냉각(퀜칭)하는 공정을 적용함으로써, 이차전지의 안정성과 수명 특성을 개선하는 방향으로 응용될 수 있습니다.
본 기술은 리튬-공기 이차전지의 공기전극 내에서 전자 전도성 물질층(제1 전도체층)과 리튬이온 전도성 물질층(제2 전도체층)을 금속 폼 집전체 상하부에 샌드위치 구조로 배치하여, 삼상 계면을 확장하고 반응 경로(용액 및 표면 메커니즘)를 최적화한 전극 아키텍처 기술입니다.
기존 리튬-공기 이차전지는 제한된 삼상 계면과 반응물의 불균일한 공급으로 인해 산소 환원/산화 반응 효율이 낮아, 이론적 에너지 밀도에 크게 미달하고 방전 용량 및 충방전 수명이 제한되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 금속 폼 집전체를 중심으로 전자 전도성 물질(LiI 등)과 리튬이온 전도성 물질(Li3N 등)이 포함된 층을 순차적으로 적층한 다층 구조체를 도입함으로써, 금속-공기 전지 시장에서 차별화된 기술적 강점을 제공할 수 있습니다.
본 기술은 다이아몬드 입자를 동결 건조 및 탄화시켜 얻은 고결정성 다공성 2차 탄소 입자에 헤테로원자(산소) 작용기를 도입함으로써, 반응 물질과의 접촉 면적을 극대화하고 리튬 이온의 흡장/탈리 성능을 향상시킨 음극 소재 기술입니다.
리튬 이차전지 충방전 과정에서 리튬 금속의 불균일한 핵생성 및 성장으로 인한 덴드라이트 발생, 이로 인한 전해질 분해 부반응 및 전지 수명·안정성 저하 문제가 있었습니다.
본 기술은 다이아몬드 입자를 분산시킨 용액을 동결 건조하여 응집체를 형성하고, 이를 1차 열처리(비산소 분위기)하여 sp2 그래파이트 구조의 다공성 2차 탄소 입자를 제조한 뒤, 2차 열처리(산소 분위기)를 통해 표면에 산소 작용기를 기능화함함으로써, 이차전지 음극 소재에 도입되어 공정 단순화와 비용 절감에 기여할 수 있습니다.
본 기술은 실리콘계 음극 입자 표면에 도전성 탄소층(내부 쉘)과 사전-리튬화된 금속 산화물층(최외각 쉘)을 순차적으로 형성하여, 충방전 시 발생하는 리튬이온 트래핑 및 부피 팽창을 억제하고 안정적인 SEI 형성을 유도하는 코어-쉘 구조 기술입니다.
실리콘계 음극 재료의 충방전 시 급격한 부피 팽창, 불안정한 SEI(Solid Electrolyte Interface) 형성, 및 불완전한 리튬 탈리로 인한 리튬이온 트래핑 현상으로 인한 용량 열화 및 사이클 수명 저하 문제 문제가 있었습니다.
본 기술은 도파민 중합을 통한 탄소 코팅(제1단계), 금속 산화물 코팅(제2단계), 그리고 리튬 전구체와 혼합 후 열처리를 통한 사전-리튬화 반응(제3단계)을 통해, 실리콘 입자-도전성 탄소재-사전리튬화된 금속 산화물(LiAlO2 등)로 이루어진 다층 복합 구조체 제조함으로써, 이차전지 음극 소재의 안정성과 수명 특성을 개선하는 방향으로 응용될 수 있습니다.
본 기술은 전이금속 산화물 층 사이에 산소를 포함하는 유기 분자(ether 계열)를 삽입하여, 충/방전 시 층상 구조(제1 결정상)와 스피넬 유사 구조(제2 결정상) 간의 가역적인 상전이를 유도하는 양극 활물질 기술입니다.
기존 층상구조 양극 활물질은 알칼리 이온 탈리 시 구조가 열역학적으로 불안정해지며, 비가역적인 구조 변화(안정적인 스피넬 구조로 고착)로 인해 이론 용량을 온전히 활용하기 어렵고 수명이 저하되는 문제 문제가 있었습니다.
본 기술은 결정수 대신 ether 기(R-O-R')를 포함하는 유기 분자를 망간계 산화물 층간에 도입하여, 충전 시 망간-유기분자 산소 결합을 통한 준안정 상태(3차원 스피넬 유사 구조) 형성을 유도하고, 방전 시 이를 다시 안정적인 층상 구조로 가역적으로 복원시키는 메커니즘을 적용함으로써, 리튬 이차전지 양극 소재의 상용 경쟁력 확보에 실질적으로 보탬이 될 수 있습니다.
본 기술은 유기게르마늄 등 유기금속 폴리머를 나노와이어 형태로 합성하여 섬유계 기재(탄소섬유 직물)에 고정하고, 이를 전지 내에 도입하여 기생 반응의 원인인 슈퍼옥사이드종(활성산소종)을 효과적으로 포획 및 정화(불균형화 촉매)함으로써 전해질 산화와 전극 부식을 방지하는 기술입니다.
이차전지(특히 리튬-공기 전지)의 충방전 과정에서 발생하는 용매화된 슈퍼옥사이드 중간체와 같은 활성산소종이 유기용매를 공격하거나 전극과 교차반응을 일으켜, 전해질 분해, 전극 부식, 가스 발생, 스웰링 및 전지 수명 저하를 유발함 문제가 있었습니다.
본 기술은 유기금속 폴리머(유기게르마늄, 아세트산아연 등)를 혼합용매(증류수/IPA)에 용해 후 섬유계 재료에 디핑하고, 영하 온도에서의 냉동 및 동결건조 공정을 통해 나노와이어 구조의 고체형 산화스트레스 억제제(ASD 멤브레인)를 제조하여 전지 내(양극 외측, 세퍼레이터 등)에 배치함함으로써, 이차전지 전해질의 안정성과 수명 특성을 개선하는 방향으로 응용될 수 있습니다.
본 기술은 리튬 황 전지의 양극과 분리막 사이에 다공성 금속유기골격체인 Co-MOF-74가 성장된 탄소나노튜브(CNT) 시트를 삽입하여, 리튬 폴리설파이드의 셔틀 현상을 물리적/화학적으로 억제하고 리튬 황 전환 반응을 촉진하는 중간층 기술입니다.
리튬 황 전지 방전 시 생성되는 리튬 폴리설파이드가 전해질에 용해되어 음극으로 이동하는 셔틀(Shuttle) 현상으로 인한 활물질 손실 및 전지 성능 저하, 그리고 Li2S2에서 Li2S로의 전환 반응 효율 저하로 인한 낮은 실제 용량 발현 문제 문제가 있었습니다.
본 기술은 다층 탄소나노튜브(MWCNT) 상에 1300-1356 m2/g의 고비표면적을 가진 Co-MOF-74를 합성하여 독립적인 시트 형태로 제작함으로써, 리튬 이차전지 양극 소재의 안정성과 수명 특성을 개선하는 방향으로 응용될 수 있습니다.
본 기술은 본 발명은 망간계 금속 산화물 양극 활물질 내에 결정수를 포함시켜, 충·방전 시 열역학적 안정상(2차원 층상)과 준안정상(3차원 구조) 간의 가역적 상전이를 유도한다. 또한, 산소 친화도가 높은 금속 도펀트(Al, Cu 등)를 단위층 사이에 배치하여 구조적 안정성을 강화함으로써 충·방전 가역성과 수명 특성을 향상시킨 기술이다 기술입니다.
기존 층상 구조 양극 활물질은 고전압 충전 시 망간의 이탈 및 비가역적인 구조 변화(스피넬 구조화 등)가 발생하여 이론 용량을 충분히 활용하기 어렵고 사이클 수명이 급격히 저하되는 문제가 있다 문제가 있었습니다.
본 기술은 결정수와 망간이 화학 결합을 형성하여 3차원 준안정상을 생성하고, 이를 통해 충·방전 과정에서 기존의 2차원 층상 구조로 다시 회복되는 가역적 상전이 메커니즘을 구현함함으로써, 리튬 이차전지 양극 소재에서 요구되는 특성을 안정적으로 확보하는 데 활용될 수 있습니다.
본 기술은 황화물계 고체전해질 내 원자의 진동(vibration)과 전기장 인가 시 발생하는 위상 왜곡을 반영한 전산모사를 통해, 리튬 이온의 확산 통로 확장 메커니즘을 규명하고 이를 바탕으로 도핑 물질 및 구조를 설계하는 방법입니다.
기존 실험 기반 연구는 개발 기간이 길고, 도펀트(할로겐 원소) 첨가에 의한 이온전도도 향상 이유를 단순히 구조적 확산 통로의 기하학적 넓이 증가로만 해석하는 것에 한계가 있음(실제 리튬 이온 크기와 비교 시 모순 발생) 문제가 있었습니다.
본 기술은 제1 원리 계산 및 카-파리넬로 분자 동역학(CP-MD)을 활용하여, 전기장 하에서 도핑된 할로겐 원소에 의한 구조적 비대칭성과 원자 진동 폭(MSD)을 분석함함으로써, 이차전지 전해질에 도입되어 공정 단순화와 비용 절감에 기여할 수 있습니다.
본 기술은 리튬 전이금속 산화물과 황(S) 또는 인(P)과 같은 홑원소 물질을 혼합한 후, 홑원소 물질의 승화 온도(150~600℃)에서 열처리하여 활물질 표면에 균일한 화합물 코팅층을 형성하는 기술입니다.
층상 구조의 리튬 전이금속 산화물(특히 고함량 니켈계)은 고전압 충·방전 시 전해액과의 부반응, 표면 니켈 노출에 따른 상전이, 그리고 이로 인한 구조적 불안정성으로 인해 사이클 수명과 용량 유지율이 저하되는 문제 문제가 있었습니다.
본 기술은 황(S) 등의 홑원소 물질을 이용하여 승화 공정을 통해 양극 활물질 표면에 화합물 기반의 보호층을 형성함으로써, 이차전지 제조 공정의 효율을 높이는 데 유용하게 쓰일 수 있습니다.
본 기술은 리튬 과량 층상 구조(Li2MO3)와 일반 층상 구조(LiMeO2)의 복합체에서 고온 열처리 후 급속 냉각(Quenching) 공정을 적용하여, 두 구조 내 리튬층과 전이금속층 간의 양이온 상호 확산을 유도하고 양이온 무질서도(Cation Disordering)를 증가시켜 구조적 안정성 및 산소 이온의 가역적 전기화학적 활성도를 극대화하는 기술입니다.
기존 리튬 과량 층상 양극재는 고전압에서 리튬 탈리 시 구조 붕괴가 일어나기 쉽고, 음이온(산소)의 가역적 산화/환원 반응 활성도가 낮아 이론적 고용량 구현에 한계가 있음 문제가 있었습니다.
본 기술은 하이 에너지 볼 밀링 및 900℃ 이상의 고온 열처리 후 급속 냉각(Quenching)을 수행하여, Li2-xMMyO3와 Li1+xMe1-yO2 상 전반에 걸쳐 리튬과 전이금속의 상호 확산 및 국부적인 양이온 무질서도를 형성함으로써 구조 안정성을 확보하고 산소 이온의 전자 방출/공급 반응을 활성화함함으로써, 리튬 이차전지 양극 소재에 적용되어 기존 소재의 한계를 보완할 것으로 기대됩니다.
본 기술은 리튬과 전이금속의 조성을 조절하여 전하 중성도는 유지하되 공간 평형도를 어긋나게 함으로써, 기존 암염 구조의 팔면체 자리 외에 사면체 자리에도 리튬이 추가로 위치하도록 설계된 비-암염(Non-Rocksalt) 층상 구조 양극 활물질입니다.
기존 암염 구조 기반 리튬 과량 양극 활물질은 Li-O-Li 국부 구조 내 산소 안정성이 낮아 충방전 시 구조 붕괴(스피넬화) 및 전압 강하가 발생하며, 비가역적인 산소 가스 탈리로 인한 성능 저하가 한계로 작용함 문제가 있었습니다.
본 기술은 리튬을 과량으로 투입하여 팔면체 및 사면체 자리에 동시 배치함으로써 Li-O-Li의 비혼성 산소 상태를 재구성함으로써, 리튬 이차전지 양극 소재의 신뢰성과 효율을 동시에 향상시키는 데 적합합니다.
