본 기술은 벤젠 고리 기반 2차원 원자 결정 구조(C2N) 화합물에 황(S)이나 인(P) 같은 이종 원소를 도핑하여 격자의 결합각과 밴드 구조를 변형함으로써 ORR과 OER 전기화학 성능을 높이고, 용매 배합과 산도 조절로 0~3차원 네트워크 구조를 제어하는 기술입니다.
기존 2차원 그래핀 소재는 밴드갭이 0이어서 전자 소자에 적용하기 어려웠습니다. 기존 질소 도핑 방식 역시 공정이 복잡하고 금속 오염 위험이 있었으며, 도핑 영역의 구조가 불안정해 밴드갭을 제어하기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 헥사아미노벤젠(hexaaminobenzene)과 벤젠 유도체를 중합하여 C2N 구조의 에어로겔을 만든 뒤 S 또는 P 도핑 원소를 도입해 구조적 응력을 조절하고 밴드갭을 형성하며, 유기용매, 물, 알코올 비율과 티오우레아나 황산 같은 산도 조절 소스의 조성을 최적화하여 네트워크 차원을 자유롭게 바꾸도록 구성됩니다. 이 소재는 금속-공기 전지 공기극, 금속 프리 전기촉매, 반도체성 2차원 소자 채널에 적용될 수 있어 금속 오염 걱정 없이 용도별로 밴드 구조를 맞춤 설계할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 유기계 Superionic Plastic Crystal 신물질 설계를 통한 고에너지밀도의 soft materials platform개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 키토산 주쇄에 전기전도성이 우수한 아닐린계 고분자를 측쇄로 그래프트 중합한 고분자 바인더 기술입니다. 기계적 강도와 전기전도성을 동시에 확보하여 실리콘 음극의 부피 팽창을 억제하고 전기적 네트워크를 유지합니다.
기존 PVdF 등 실리콘 음극 바인더는 충·방전 시 실리콘 입자의 거대한 부피 변화를 견디지 못해 전극 구조가 붕괴되는 문제가 있었습니다. 또한 집전체와의 전기적 접촉이 끊어지면서 용량이 급격히 감소하는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 기계적 강도와 접착력을 제공하는 천연 고분자 키토산과 전도성을 제공하는 아닐린계 고분자를 라디칼 중합으로 결합한 그래프트 공중합체를 바인더로 사용하도록 구성됩니다. 카르복실기 도입과 중량비 제어로 실리콘 입자와의 결합력을 강화하고 전기화학적 안정성을 개선합니다. 실리콘 함량이 높은 고용량 음극과 갑각류 부산물을 활용한 친환경 바인더 소재 분야에 적용될 수 있어, 도전재 의존도를 낮추면서 전극 구조 붕괴를 늦추는 효과를 기대할 수 있습니다.
본 기술은 Ni-rich NCM 양극 활물질 표면에 디메톡시디메틸실란(DODSi)을 코팅하고 열처리하여 실릴 에테르(Si-O) 작용기를 포함하는 인공 양극-전해질 계면(CEI) 층을 형성하는 기술입니다. 이를 통해 전해질과의 부반응을 억제하고 양극 안정성을 높입니다.
Ni-rich NCM 양극은 충전 상태에서 화학적으로 불안정한 Ni4+로 인해 표면에서 전해질 분해가 일어나는 문제가 있었습니다. 이 과정에서 생성된 친핵성 불소(F-) 이온이 전이금속 용출과 표면 저항 증가를 일으켜 사이클 수명이 급격히 저하되었습니다.
본 기술은 NMP 용매에 DODSi와 NCM 활물질을 혼합해 표면을 코팅한 뒤 400~800℃에서 열처리하도록 구성됩니다. 형성된 Si-O 작용기가 전해질 분해를 막는 보호층으로 작용하고 불소 이온을 선택적으로 소거하여 전이금속 용출을 억제합니다. 고온 환경에 노출되는 전기차용 고용량 셀과 고니켈 양극 소재 개발에 적용될 수 있어, 고온 사이클 유지율 확보가 필요한 양극재 사양 개선에 기여합니다.
본 기술은 전해질 첨가제나 리튬염을 일 방향 기공을 갖는 바늘 모양의 침상형 캐리어 내부에 담지하여 전지 안에서 첨가제가 서서히 방출되도록 제어하는 구조체 기술입니다. 표면에 고분자 코팅층을 추가하면 방출 속도를 더욱 정밀하게 조절할 수 있습니다.
첨가제를 전해질에 직접 넣는 기존 방식은 초기 전지 반응에서 첨가제가 급격히 소모되어 성능 향상 효과가 오래 유지되지 않는 문제가 있었습니다. 또한 남은 첨가제 때문에 임피던스가 상승하고 율속 특성(rate capability)이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 알루미나, 실리카, 할로이사이트 등 일 방향 기공을 가진 침상형 캐리어의 기공 내부에 진공 함침법으로 첨가제를 담지하고, 표면에 폴리에틸렌이민(PEI)이나 PVdF 등 고분자 코팅층을 형성하여 방출 경로를 물리적으로 지연시키도록 구성됩니다. 그래서 전해액 조성 설계, 리튬 금속 음극 셀, 급속충전용 셀의 첨가제 관리에 적용될 수 있어 초기 과량 투입 없이도 필요한 시점마다 첨가제를 보충하고 임피던스 상승을 피할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 서방형 회복물질 방출제어 기반 에너지 저장, 변환 시스템 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 티오페늄(Thiophenium) 기반 양이온과 플루오로하이드로제네이트(Fluorohydrogenate) 기반 음이온을 결합하여 결정상 고체 전해질을 만들고, 리튬 염을 도핑하여 사방정계 결정 구조의 침입형 자리를 통해 리튬 이온의 이동성을 극대화하는 전해질 설계 기술입니다.
기존 액체 전해질은 누액, 휘발, 열적 불안정성, 폭발 위험성을 안고 있었습니다. 반면 일반적인 고체 전해질은 이온 전도도가 낮아 실용화에 한계가 존재했습니다.
본 기술은 티오페늄과 플루오로하이드로제네이트가 결합된 화합물을 제조하고 사방정계 결정 구조 내 침입형 자리에 리튬 염을 배치하며, 화합물의 용융 엔트로피를 15~25J/K·mol로 제어해 결정상 내 유연성을 확보함으로써 상온에서 200mS/cm 이상의 이온 전도도를 내도록 구성됩니다. 이에 따라 누액 없는 고안전 리튬 이차전지와 웨어러블 기기용 소형 셀에 적용될 수 있어 액체 수준의 전도도를 고체 상태에서 구현할 수 있다는 점이 강점입니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 유기계 Superionic Plastic Crystal 신물질 설계를 통한 고에너지밀도의 soft materials platform개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 고분자 템플릿 위에 전해도금으로 실리콘 미세구체를 만든 뒤 템플릿을 제거하여 속이 빈(hollow) 다층 구조의 다공성 실리콘 어레이를 형성함으로써, 리튬 충·방전 시 생기는 부피 팽창 응력을 완화하고 반응 면적을 극대화하는 기술입니다.
실리콘 음극재는 이론 용량이 매우 높지만 충·방전 시 약 4.12배에 이르는 과도한 부피 팽창이 일어나 구조적 균열과 붕괴가 발생했습니다. 이로 인해 사이클 수명이 짧아지고 전극 내 전자 전달 경로가 끊어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 고분자 미세구체를 자기정렬시켜 템플릿을 만들고 그 위에 실리콘을 전해도금으로 코팅한 뒤 열처리로 고분자를 제거해 속이 빈 다공성 실리콘 미세구체 구조체를 제조하며, 필요에 따라 탄소나 금속·비금속 무기물 도전재를 원자층 증착(ALD) 등으로 덧입혀 도전성을 보완하도록 구성됩니다. 장거리 주행용 전기차 셀이나 박막형 마이크로 배터리의 고용량 실리콘 음극에 적용될 수 있어 내부 빈 공간이 팽창 완충 역할을 하므로 반복 충전 후에도 전극 형상이 쉽게 무너지지 않습니다.
본 기술은 리튬티탄산화물(LTO) 분말 표면에 원자층 증착(ALD)으로 금속 또는 도전성 무기물 코팅층을 형성하여 입자의 전기전도도를 높이고 레이트 특성을 개선하는 기술입니다.
리튬티탄산화물은 전자전도도가 낮아 급속 충·방전 시 반응 저항이 커지고 레이트 특성이 떨어지는 문제가 있었습니다. 종래의 탄소 코팅은 고온 열처리 중 탄소가 산화되어 전도성 향상 효과가 줄어드는 한계가 있었습니다.
본 기술은 리튬티탄산화물 입자에 Cu, Al 등의 금속을 합금하거나 이종 원소를 도핑하고, 원자층 증착으로 입자 표면에 금속 또는 비금속 도전성 무기물의 단일·이중 코팅층을 형성해 전기전도 네트워크를 확보하도록 구성됩니다. 하이브리드 차량의 회생제동용 배터리나 산업용 무정전 전원 장치처럼 짧은 시간에 큰 전류가 오가는 용도에 적용될 수 있어 탄소 코팅의 열처리 산화 문제를 피하면서 입자 수준의 전도 경로를 정밀하게 설계할 수 있습니다.
본 기술은 이미다졸륨 양이온 기반의 오늄염 화합물(이온성 액체)을 용매로 활용하여 고체전해질의 습식 합성을 가능하게 하는 기술입니다. 100~400℃의 넓은 온도 범위에서도 안정적으로 고체전해질을 합성할 수 있습니다.
기존 전고체 전지의 건식 공정은 대형화가 어렵다는 한계가 존재했습니다. 습식 공정을 적용하는 경우에도 고체전해질과 전극 간 접촉이 불균일해져 용량과 성능이 저하되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 이미다졸륨 양이온과 BF4-, NO3-, PF6-, AsF6- 등의 음이온으로 구성된 오늄염 화합물을 용매로 사용하여 100~400℃에서 습식 합성을 수행하도록 구성됩니다. 이 용매는 100℃에서 4~6 cP의 낮은 점도를 유지해 분산성이 우수하며, 전해질 누설과 단락을 완화하고 고온 이온전도도를 높입니다. 황화물·산화물계 전고체 배터리용 고체전해질 양산 공정에 적용될 수 있어, 건식 공정의 대형화 제약을 넘어 대면적 전해질 제조를 가능하게 합니다.
본 기술은 폴리아크릴산 주쇄에 자가복원성 유레도-피리미디논(UPy) 측쇄와 이온전도성 폴리(에틸렌글리콜)(PEG) 측쇄를 도입해, 실리콘의 부피 팽창을 완충하면서 리튬 이온 이동 경로를 확보하는 3차원 네트워크 기반 고분자 바인더 기술입니다.
실리콘 음극은 충·방전 중 큰 폭의 부피 팽창과 수축을 겪어 입자 분쇄와 SEI층 손실이 일어나는 문제가 있었습니다. 활물질이 집전체에서 떨어져 나가고 전극 구조가 무너지면서 전지의 수명과 효율이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 UPy의 가역적 수소결합으로 자가복원 기능을 부여하고 PEG를 그래프트해 이온전도성을 높인 그래프트 공중합체를 바인더로 적용하여, 전극 내 물리적 네트워크가 손상된 구조를 되살리도록 구성됩니다. 실리콘 비중이 큰 차세대 고용량 음극과 장수명이 요구되는 전기차용 음극 슬러리에 적용될 수 있어, 350 사이클 동안 96% 이상의 쿨롱효율을 유지하며 이온 이동 저항까지 함께 낮출 수 있습니다.
본 기술은 N-Methyl-2-pyrrolidone(NMP) 기반 단량체와 금속 전구체를 원료로 하여, 유기물 첨가제의 유무와 종류에 따라 탄소 매트릭스의 형태(시트 또는 다공체)와 금속의 결합 형태(이온 또는 입자)를 제어하는 금속-탄소 복합 촉매 제조 기술입니다. 질소 도핑된 탄소에 금속이 결합해 M-N 활성 사이트를 형성하고, 금속 입자는 외부 탄소쉘로 보호되어 안정성을 확보합니다.
기존 탄소 기반 촉매는 구조 제어가 어렵고 공정 효율이 낮았으며, 환경에 유해한 산·염기 처리 공정에 의존하는 문제가 있었습니다. 또한 백금이나 루테늄 같은 귀금속 촉매는 가격이 높고, 저가 금속 촉매는 산소 환원(ORR)과 산소 발생(OER) 반응에서 활성과 장기 안정성이 부족한 한계가 존재했습니다.
본 기술은 NMP를 포함한 단량체와 금속 전구체를 라디칼 중합, 열처리, 탄화 과정에 거치게 하고, 4-아미노피리딘이나 피롤-2-카르복실산 같은 유기물 첨가제를 선택적으로 사용해 탄소 시트나 탄소 스펀지 등의 구조와 기공을 조절하도록 구성됩니다. 피리디닉·피롤릭 질소 도핑으로 금속 결합력을 최적화하고 탄소쉘로 내구성을 높이므로, 아연-공기 전지의 공기극과 연료전지 캐소드 촉매에 적용될 수 있어 산·염기 후처리 없이 저가 전이금속만으로 이원 기능 촉매를 만들 수 있습니다.
본 기술은 분리막 코팅층에 내부 기공을 가진 침상형 캐리어(예: 할로이사이트)를 도입하고, 기공 안에 SEI 형성이나 부반응 억제용 기능성 첨가제를 담지하여 충방전 중 첨가제가 지속적으로 방출되도록 함으로써 전지의 장기 수명과 안정성을 확보하는 기술입니다.
리튬 이차전지는 충방전을 반복하는 동안 전극과 전해질 사이의 부반응으로 용량 유지율이 떨어지고 성능이 열화되는 문제가 있었습니다. 아울러 분리막의 발림성, 내열성, 젖음성 등 기초 물성이 부족하여 신뢰성이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 일 방향으로 연장된 기공을 가진 침상형 캐리어에 기능성 첨가제를 감압 방식으로 담지해 기능성 구조체를 만들고, 이 구조체와 바인더의 합을 코팅물질 전체 대비 15~25 wt% 범위로 제어하여 분리막에 코팅하도록 구성됩니다. 덕분에 고전압 양극을 쓰는 장수명 EV 셀과 ESS용 셀의 분리막 코팅 공정에 적용될 수 있어 전해액 첨가제가 사이클 후반까지 공급되고 분리막의 내열성과 젖음성도 함께 확보됩니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 서방형 회복물질 방출제어 기반 에너지 저장, 변환 시스템 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 리튬티탄산화물(LTO) 또는 실리콘 음극 활물질에 전자빔을 조사해 결정 격자 변화와 포집 전자(trapped electron) 생성을 유도하고, 고분자 접착제를 가교시켜 전기 전도도와 충방전 성능을 끌어올리는 기술입니다.
리튬티탄산화물(Li4Ti5O12)은 수명과 안전성이 뛰어나지만 전기 전도도가 10^-9 S/cm 수준으로 본질적으로 낮았습니다. 이 때문에 초기 용량 손실이 크고 율 특성(rate capability)이 떨어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 음극 활물질 자체 또는 활물질이 포함된 슬러리 코팅층에 0.5~10MeV, 10~1000kGy 조건의 전자빔을 조사하여 전기 전도성을 개선하고, 이 과정에서 고분자 접착제의 화학적 가교를 유도해 활물질과 도전재 간 접촉을 강화하도록 구성됩니다. 장수명이 요구되는 전력망 주파수 조정용 ESS, 전기버스 급속충전 배터리, 저온 시동용 보조전원 등에 적용될 수 있어 LTO 고유의 안전성은 유지하면서 고율 충방전 대응력을 보강할 수 있습니다.
본 기술은 실리콘 기판 위에 금속막을 입히고 열처리로 실리콘 박막을 박리한 뒤, 금속 촉매 화학 에칭(MACE) 공정을 적용해 실리콘 나노와이어를 성장시키는 음극 제조 기술입니다.
기존 슬러리 타입 실리콘 음극은 전기전도도가 낮고, 충·방전 중 실리콘 부피 팽창으로 기계적 손상이 누적되어 수명이 짧아지는 문제가 있었습니다. 나노와이어 성장 공정 또한 복잡하여 양산성이 떨어지는 한계가 있었습니다.
본 기술은 도전재와 바인더를 쓰지 않는 직접 공정으로, 금속막-실리콘 박막 적층 구조를 박리한 뒤 HF/H2O2 혼합 식각액으로 화학 에칭하여 나노와이어를 형성함으로써 전기전도도와 사이클 수명을 함께 개선하도록 구성됩니다. 금속막 위에 나노와이어가 직접 붙은 구조이므로 박형 모바일 배터리와 웨어러블용 고에너지밀도 셀 개발에 적용될 수 있어 전극 조립 단계를 줄이고 활물질 비율을 높인 음극을 구현할 수 있습니다.
본 기술은 리튬 이미드염 기반 전해액에 NaF와 같은 불소염(MFx)을 소량 첨가해 전해액 내에 불소 음이온(F-)을 만들어 냄으로써, 고전압·고온 환경에서 집전체와 외장재 등 금속 재료의 산화 부식을 억제하는 기술입니다.
기존 리튬 이미드염(LiN(SO2F)2 등)은 LiPF6와 달리 불소 이온을 생성하지 않아, 고전압·고온·과충전 같은 가혹 조건에서 알루미늄 양극 집전체를 부식시키는 문제가 있었습니다. 그 결과 자가 방전, 용량 감소, 내부 저항 증가 등 전지 성능이 열화되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 EC와 DMC 등 비수계 유기용매에 리튬 이미드염을 녹이고 0.007~0.1 중량% 범위의 NaF 등 불소염을 첨가제로 넣어 알루미늄 집전체의 내산화성을 높이도록 구성됩니다. 고전압 양극을 채택한 전기차용 셀과 고온 환경에 놓이는 ESS 모듈의 전해액 설계에 적용될 수 있어 이미드염 전해액의 활용 폭을 집전체 부식 우려 없이 넓힐 수 있습니다.
본 기술은 집전체 위에 고용량 NCM(Li(NixCoyMnz)O2) 층을 배치하고 그 위에 고안전성 LCO(LiCoO2) 층을 쌓은 이중층 구조로, 전극의 고용량화와 구조적 안정성 확보를 동시에 달성하는 기술입니다.
단일 소재만 사용할 경우 NCM은 용량이 크지만 수명이 짧고, LCO는 안전성이 높지만 용량이 낮다는 문제가 있었습니다. 게다가 기존 전극은 충방전이 반복되면 집전체에서 먼 쪽의 활물질이 빠르게 퇴화하고 크랙이 생겨 효율과 수명이 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 집전체 위에 20~40㎛ 두께의 NCM 층을 형성하고 그 위에 NCM 층보다 5~10㎛ 더 두꺼운 LCO 층을 적층하며, NCM과 LCO의 중량비를 60:40 내지 80:20으로 조절해 고전압 안정성과 사이클 수명을 최적화하도록 구성됩니다. 통신장비 백업 전원, 에너지저장시스템, 운송수단용 배터리는 물론 리튬 캐패시터 전극에도 적용될 수 있어, 기존 양극 소재를 조합하는 것만으로 용량과 내구성 사이의 절충점을 끌어올릴 수 있습니다.
