본 기술은 비닐 작용기를 가진 이온성 액체와 N-비닐아세트아미드를 중합·가교시켜 형성한 고분자 네트워크를 리튬 이차전지용 바인더로 활용하는 기술입니다.
기존 PVdF 바인더는 환경 오염 위험과 작업 유해성이 크고 비용이 높다는 문제가 있었습니다. 또한 충방전을 거듭할수록 전극 구조가 불안정해지고 쿨롱 효율이 낮게 유지되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 이온성 액체와 N-비닐아세트아미드를 개시제와 함께 혼합하고 필요에 따라 PVdF를 병용하여 전극 내부에 견고한 가교 네트워크를 형성함으로써 결착력, 고온 열안정성, 쿨롱 효율을 함께 끌어올리도록 구성됩니다. NCM계 양극 슬러리를 사용하는 전극 코팅 공정에 적용될 수 있어, 불소계 바인더 사용량을 줄여 작업 환경 부담과 원가를 낮추는 방향의 공정 전환을 뒷받침합니다.
본 기술은 전이금속 질화물 전구체를 아미노화한 뒤 유기 리간드와 결합시키되, 유기용매와 탈이온수의 비율 및 계면활성제 종류를 조절하여 금속 유기 구조체(MOF)의 0~3차원 네트워크 구조와 쉘(shell) 개수를 정밀하게 제어하는 기술입니다.
기존 금속 유기 구조체는 열, 수분, 산과 염기에 대한 안정성이 낮고 전기 전도도도 낮아 장시간 사용이 어려웠습니다. 특히 고전류 밀도 조건에서는 성능이 급격히 저하되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 금속 전구체 소스를 아미노화한 후 유기 리간드와 혼합하고 환원 처리하여 중합체 형태의 N차원 네트워크 구조를 구현하며, 용매 조성에 따른 차원 제어와 단계별 열처리 온도 제어로 안정적인 쉘 구조를 형성하도록 구성됩니다. 이를 통해 금속-공기 전지의 공기극 촉매와 수전해용 OER 전극에 적용될 수 있어 귀금속 촉매 의존도를 낮추면서 산소 반응의 양방향 활성을 오래 유지할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 유기계 Superionic Plastic Crystal 신물질 설계를 통한 고에너지밀도의 soft materials platform개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 고체전해질과 바인더가 포함된 슬러리를 두 장의 이형필름 사이에 배치하여 적층체를 만들고, 이를 압축하고 건조함으로써 치밀하면서도 대면적인 자립형 고체전해질 시트를 제조하는 기술입니다.
기존 방식은 시트 내부의 공극을 제어하기 어렵고 고온 가압 공정의 제약 때문에 대면적화가 쉽지 않았습니다. 또한 바인더 함량을 높이면 이온전도도가 떨어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 이형필름 사이에 슬러리를 도포하여 적층체를 형성하고 0.1~1000 MPa의 압력으로 압축하여 시트의 치밀도를 높이며, 이형필름이 외부 수분을 차단하고 박리를 쉽게 하도록 구성됩니다. 그 결과 황화물계 전고체 전지의 롤투롤 전해질막 생산과 파우치형 대형 셀 조립에 적용될 수 있어 지지체 없이도 얇고 넓은 전해질층을 안정적으로 확보하게 해 줍니다.
본 발명은 산업통상자원부의 이온전도도 1mS/cm 이상 두께 30μm 이하의 고체전해질 막 제조기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 실리콘 나노와이어 표면에 전기 전도도가 높은 금속 입자를 10nm~1㎛ 간격으로 떨어뜨려 형성하여, 리튬 이온 이동을 원활하게 하고 고체 전해질 계면(SEI) 형성을 제어하는 기술입니다.
실리콘 나노와이어를 음극 활물질로 적용하면 고속 충방전 시 표면에 고체 전해질 계면(SEI layer)이 생겨났습니다. 이로 인해 비용량이 줄고 사이클 특성이 나빠지는 한계가 있었습니다.
본 기술은 금속 촉매로 실리콘 기판을 선택 식각해 나노와이어를 만든 뒤, Cu, Al, Zn, Fe, Pb, Ag, Au 등 도전성 금속 입자를 드롭 코팅 또는 스프레이 에어로졸 방식으로 이격 코팅하여 전극 저항을 낮추고 SEI 계면 형성을 억제하도록 구성됩니다. 고율 방전 특성이 중요한 드론·로봇용 배터리나 스마트폰 고속충전 셀의 음극 소재로 적용될 수 있어 입자 간격 조절만으로 이온 통로와 전자 경로를 동시에 확보한 나노와이어를 공급할 수 있습니다.
본 기술은 탄소나노섬유(CNF) 표면을 활성화한 뒤 전기화학적 전착법(electrodeposition)으로 Fe2O3, ZnO 등의 금속산화물을 나노 바늘 또는 기둥 형태로 섬유 외부와 내부에 고르게 성장시키는 기술입니다.
기존 혼합·코팅 공정은 바인더와 도전재가 들어가 활물질의 순수 질량 효율이 낮았고, 분쇄 과정에서 활물질이 떨어지거나 탄소나노섬유의 전도성이 저하되는 문제가 있었습니다. 대안인 수열합성법 역시 공정 시간이 길고 절차가 복잡하다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 바인더와 도전재 없이 탄소나노섬유 자체를 전극으로 사용하고, 전착 조건으로 금속산화물의 양과 모양, 위치를 정밀하게 제어하여 바늘·기둥 구조로 표면적을 극대화하도록 구성됩니다. 리튬이차전지 음극, 슈퍼커패시터 전극, 수처리용 전기화학 필터 등에 적용될 수 있어 하나의 전착 공정으로 에너지 저장과 여과 용도의 고강도 섬유 전극을 짧은 시간에 만들 수 있습니다.
본 기술은 금속촉매식각법(MACE)으로 만든 실리콘 나노와이어 표면에 무작위로 붙은 금속 전착물을 걷어낸 다음, 강산 희석액에 다시 담가 표면에 금속 입자를 고르게 석출시키는 코팅 기술입니다.
실리콘 나노와이어를 음극 활물질로 쓰면 고속 충방전 중 표면에 불안정한 고체 전해질 계면(SEI)이 형성되었습니다. 그 결과 비용량과 사이클 수명이 함께 떨어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 금속촉매식각 이후 질산 등으로 전착 금속을 식각 제거하고, 강산 희석액을 이용해 은(Ag) 등의 금속 입자를 나노와이어 표면에 균일하게 재석출시켜 전기전도성을 높이고 SEI 층 형성을 제어하도록 구성됩니다. 급속충전이 요구되는 전기차 배터리와 고출력 전동공구용 셀의 실리콘 음극에 적용될 수 있어 높은 전류 조건에서도 비용량 감소를 늦추는 효과를 기대할 수 있습니다.
본 기술은 실리콘 음극의 부피 팽창을 완화하기 위해 푸르푸릴아민으로 개질한 폴리아크릴산 주쇄와 비스말레이미드 측쇄를 디엘스-알더 반응으로 중합하여, 자가복원성과 기계적 강도가 뛰어난 3차원 네트워크 구조의 공중합체를 합성하는 기술입니다.
실리콘 음극은 충·방전 때마다 부피가 크게 팽창하고 수축하면서 입자가 분쇄되는 문제가 있었습니다. 그 결과 전기적 접촉이 끊기고 SEI층이 불안정해지며 전극이 박리되어 수명과 용량이 급격히 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 푸르푸릴아민 개질 폴리아크릴산(PFM)과 비스말레이미드(BMI) 가교제를 디엘스-알더 반응으로 결합한 공중합체를 바인더로 사용하여, 부피 변화로 생긴 손상을 스스로 회복하고 강한 수소 결합과 3차원 네트워크로 실리콘 입자와 집전체 사이의 결착을 붙잡아 두도록 구성됩니다. 실리콘 함량을 높인 고용량 음극과 급속충전형 모바일 기기 배터리에 적용될 수 있어, 200 사이클 동안 92% 이상의 쿨롱효율을 유지하며 전극 박리를 늦출 수 있습니다.
본 기술은 메톡시트리메틸실란 등 실릴 에테르 화합물을 전해액 첨가제로 도입하여, 전해질 분해로 생기는 불소 이온(F-)을 친핵성 치환 반응으로 제거함으로써 LMO 양극의 금속 용출을 억제하고 계면 안정성을 높이는 기술입니다.
리튬 이차전지는 충방전 중 전해질이 분해되며 불소 이온(F-)이 생성되는 문제가 있었습니다. 이 불소 이온이 망간계 스피넬(LMO) 양극의 전이 금속을 부식·용해시켜 내부 저항을 높이고 사이클 수명을 급격히 단축시키는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 메톡시트리메틸실란(MTSi)을 전해액 중량 대비 0.1~1.0 wt%, 바람직하게는 0.25 wt% 농도로 첨가하여, Si-O 작용기가 불소 이온과 결합해 플루오르화 실란과 메탄올로 전환시키도록 구성됩니다. 이를 통해 양극 표면 크랙과 흑연 음극으로의 망간 석출이 억제되며, 저가형 LiMn2O4 양극을 채택한 전기이륜차 및 하이브리드 차량용 셀에 적용될 수 있어 망간계 소재의 고질적인 수명 약점을 첨가제 한 가지로 보완할 수 있습니다.
본 기술은 원자층 증착법으로 형성한 비정질 전구체 막을 결정질 구조로 변환할 때, 동일 금속 성분을 포함하는 베리어 시트(barrier sheet)로 막을 덮고 열처리하여 리튬 등 금속의 외부 유출과 기판 박리를 방지하는 공정 기술입니다.
비정질 물질막을 고온에서 열처리하는 과정에서 금속 성분이 외부로 빠져나가 전지 성능이 떨어지거나 막이 기판에서 박리되는 문제가 있었습니다. 또한 챔버에서 로(furnace)로 옮기는 동안 탄소와 산소 화합물로 이루어진 자연 부산물층이 생겨 계면 저항을 높이는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 금속 전구체를 이용한 ALD 공정으로 비정질 막을 증착한 후, 리튬 등 해당 금속을 포함하는 베리어 시트를 덮은 상태로 600℃ 이상에서 열처리하여 조성 변화와 박리를 막고 자연 부산물층을 제거하면서 결정질 구조로 전환하도록 구성됩니다. 따라서 박막 전지, 마이크로 배터리, 전고체 전지용 양극 박막 제조에 적용될 수 있어 화학량론 조성을 유지한 결정질 박막을 얻고 계면 저항을 낮출 수 있습니다.
본 기술은 층상 구조를 갖는 베이스 양극 활물질 전구체의 표면 결정 구조를 층간 간격이 더 넓은 제2 결정 구조로 바꾼 뒤, 양이온 교환 용액으로 제1 금속 일부를 제2 금속으로 교환하여 잔류 음이온과 수분을 제거하고 결정학적 안정성을 높이는 기술입니다.
기존 공침법으로 만든 양극 활물질 전구체에는 물이나 음이온이 내부에 남아, 최종 양극 활물질을 제조할 때 결정 내부에 다수의 보이드가 생기는 문제가 있었습니다. 이로 인해 충방전 중 입자가 팽창과 수축을 반복하면서 마이크로 크랙이 발생하고 수명 특성이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 베이스 전구체를 층간 간격이 넓은 결정 구조로 변환한 다음 코발트 등 제2 금속이 포함된 양이온 교환 용액에서 환류 열처리를 수행하여 내부 잔류 음이온을 제거하고, 제2 금속을 입자 표면에 집중 분포시켜 코어-쉘 구조의 양극 활물질을 형성하도록 구성됩니다. 이에 따라 하이니켈 NCM 계열 양극재 양산 공정과 전기차용 장수명 셀 개발에 적용될 수 있어 사이클 후반의 입자 균열을 줄이고 용량 감퇴를 늦추는 데 기여합니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 나노 수준의 정밀 제어를 통한 고성능 리튬이차전지용 전극활물질 연구 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 다이아민(Diamine) 성분에 2개 이상의 유기라디칼기가 결합된 신규 폴리이미드를 전극 활물질로 사용하여, 고분자 사슬 내부(intra-chain) 반응으로 열적 안정성을 확보하고 필름 형태의 유연한 전극을 구현하는 기술입니다.
기존 무기물 기반 전극은 유연성이 낮아 구부리면 크랙이 쉽게 발생하는 문제가 있었습니다. 유기라디칼 고분자를 쓰더라도 내열성이 낮고 충분한 전극 용량을 확보하기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 피롤리딘 고리에 유기라디칼기가 결합된 특정 구조의 폴리이미드와 그 전구체인 가용성 폴리아믹산(poly(amic acid))을 활용하여, 용액 공정으로 초박형 박막 전극을 만든 뒤 열이미드화하여 내열성과 고밀도 산화·환원 반응을 동시에 구현하도록 구성됩니다. 휘어지는 디스플레이, 스마트 카드, 피부 부착형 센서의 박막 전원에 적용될 수 있어, 금속 원소 없이 굽힘에 강한 유기 전극을 인쇄 방식으로 제작할 가능성을 제시합니다.
본 기술은 알루미나 세라믹 입자와 고무 바인더·수용성 분산제·수용성 습윤제로 이루어진 아크릴 고무 컴파운드를 수계 용매에 분산시킨 코팅 조성물로, 코팅막의 열적 안정성을 확보하고 기재와의 접착력을 높이는 기술입니다.
기존 세라믹 코팅액은 유기용매를 기반으로 하여 환경 오염과 작업자 노출 위험이 컸습니다. 분리막 기재와 세라믹 층 사이의 접착력도 낮았고, 고온에서 분리막이 열수축하며 멜트다운에 이르는 문제가 있었습니다.
본 기술은 유화중합된 아크릴 공중합체 고무 바인더, 실리콘계 아크릴레이트 분산제, 에스테르계 아크릴레이트 습윤제와 카르복실메틸 셀룰로오스 소듐염 점도 조절제를 포함하는 수계 코팅액을 사용해 코팅층의 열 수축률을 0~1% 수준으로 제어하도록 구성됩니다. 폴리올레핀 다공성 분리막의 세라믹 코팅 라인과 전기차·ESS용 고안전 셀 제조에 적용될 수 있어 유기용매 배기·회수 설비 부담을 덜면서 고온 단락 위험을 낮춘 분리막을 생산할 수 있습니다.
본 기술은 금속 집전체 표면을 기계적으로 그라인딩하여 요철을 만든 뒤, 흑연과 실리카계 클래이(clay)가 섞인 연필심을 직접 문질러 바인더 없이 그래핀 층을 결착시키는 전극 제조 기술입니다.
기존 바인더 사용 공정은 전극 내부 저항을 키우고 활성 면적을 줄이는 문제가 있었습니다. 또한 충·방전 중 팽윤으로 바인더가 용해되면서 활물질이 떨어져 나가 전지 용량과 안정성이 저하되는 한계가 있었습니다.
본 기술은 볼 밀 등으로 금속 호일을 그라인딩해 평균 거칠기 2~14㎛의 요철을 만들고, 그 위에 연필심을 문질러 물리적으로 결착된 다층 그래핀 층을 형성하여 바인더 없이도 높은 전기전도도와 균일한 SEI 층을 얻도록 구성됩니다. 교육용 전지 키트, 저비용 소형 이차전지, 플렉서블 전극 시제품 제작 등에 적용될 수 있어 슬러리 혼합과 건조 설비 없이 간단한 도구만으로 음극을 빠르게 만들어 볼 수 있습니다.
본 기술은 실리콘 옥사이드 분말과 보론 화합물 도펀트를 코팅한 더미(dummy) 기판을 물리적으로 떨어뜨려 배치한 뒤 열처리하여, 보론 화합물 불순물을 남기지 않고 보론 원소만 실리콘 옥사이드 내부로 선택적으로 확산시키는 도핑 기술입니다.
실리콘 옥사이드계 활물질은 전기전도도가 낮고 장수명 특성이 부족하다는 문제가 있었습니다. 도펀트를 활물질과 직접 혼합하는 기존 방식은 보론 화합물 불순물이 잔류하여 활물질의 비용량(specific capacity)을 떨어뜨리는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 보로실리케이트 등 보론 화합물을 코팅한 기판과 실리콘 옥사이드 분말을 이격 배치하고 800~1000℃에서 열처리함으로써, 기상 확산(vapor-phase diffusion)으로 보론 원소만 균일하게 도핑하고 실리콘 결정 형성을 유도하도록 구성됩니다. 전기차와 고용량 IT 기기용 실리콘계 음극 소재 양산 라인에 적용될 수 있어 도펀트 잔재 세척 공정 없이도 이온 확산 속도와 사이클 특성이 개선된 음극재를 얻을 수 있습니다.
본 기술은 니켈-리치 층상 산화물 양극 활물질 표면에 유기 실란계 화합물을 기상 증착하여 자기조립단분자막(SAM)을 형성함으로써, 전해질이 입자 내부로 스며드는 것을 막고 계면 안정성을 개선하는 기술입니다.
니켈-리치 양극 활물질은 고전압 충전 시 전해질이 입자 내부로 침투해 부반응을 일으키는 문제가 있었습니다. 이로 인해 가스 발생, 미세균열, 전극 분극이 뒤따르며 배터리 용량과 수명이 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 옥틸트리클로로실란(OTS) 등의 유기 실란 화합물을 기상 증착으로 표면에 입혀 0.1~10nm 두께의 자기조립단분자막을 만들고, Si-O-Ni 공유결합으로 밀착된 소수성 막이 전해질과 활물질의 직접 접촉을 막아 입자 분해와 미세균열을 억제하도록 구성됩니다. 고전압 충전을 요구하는 장거리 전기차 셀과 고에너지 드론 배터리에 적용될 수 있어, 두께 수 나노미터의 얇은 막만으로 가스 팽창과 입자 균열을 함께 다스리는 이점이 있습니다.
