본 기술은 전해액이 채워진 밀폐형 시료 고정 기구 안에서 마이크로 칼날을 이용한 SAICAS(Surface and Interfacial Cutting Analysis Systems) 분석을 수행하여, 실제 배터리 작동 환경과 비슷한 함침 상태에서 전극 결착력을 측정하는 기술입니다.
기존의 건조 상태 결착력 측정법은 배터리 내부의 전해액 함침 환경을 반영하지 못하는 문제가 있었습니다. 이 때문에 실제 구동 중 발생하는 전극-집전체 박리와 전극재 고립 현상을 정확히 예측하고 평가하기 어렵다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 받침부와 테두리부를 나사로 체결해 밀폐력을 확보한 시료 고정 기구로 전극을 전해액에 담근 상태를 유지하고, 마이크로 칼날로 목표 깊이까지 절삭·박리하여 깊이별 결착력을 정량적으로 측정하도록 구성됩니다. 바인더 신소재 개발과 전극 공정 품질관리 분석에 적용될 수 있어, 전해액 팽윤으로 약해지는 결착 거동을 셀 조립 전에 선별하는 기준 데이터를 제공합니다.
본 기술은 실제 전극 샘플의 구조와 전기적 성질 데이터를 바탕으로 3차원 전극 구조체를 모델링하고, 불균일성·비대칭성 파라미터로 1차 모델을 보정한 뒤 샘플과 모델 간 전기전도도 및 이온전도도 유사도를 반복 비교·보정하여 디지털 트윈 모델의 정합성을 높이는 기술입니다.
기존 3D 형성(Formation) 방식은 실물과의 정합도가 낮은 문제가 있었습니다. 3D 재구성(Reconstruction) 방식은 샘플을 절단하고 시편을 만드는 과정에서 샘플이 변형되고 시간이 오래 걸리는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 샘플 구조 파악, 구성물질 설계 파라미터 추출, 1차 모델링을 거친 다음 물질의 불균일성과 비대칭성을 반영해 2차 모델을 만들고, 측정된 전기전도도와 이온전도도를 샘플과 비교해 차이에 따라 바인더 분포와 활물질·고체전해질 표면 코팅을 재보정하는 반복 알고리즘으로 구성됩니다. 전고체 전지 전극 설계와 전지 소재 기업의 시뮬레이션 기반 개발 공정에 적용될 수 있어, 시제품 제작 횟수를 줄이고 전극 조성 최적화 기간을 단축하는 데 보탬이 됩니다.
본 기술은 디아릴비벤조퓨라논(DABBF)의 가역적인 탄소-탄소(C-C) 결합·분해에 따른 자가 복원 특성을 활용하여 폴리아크릴산(PAA) 고분자 사슬 사이에 3차원 가교 네트워크를 형성함으로써, 실리콘 음극의 반복적인 부피 팽창을 억제하고 전극 구조를 유지하는 바인더 기술입니다.
실리콘 음극은 충·방전 시 약 400%에 이르는 과도한 부피 팽창으로 전극 내부에 균열이 생기고, 활물질과 도전재 사이의 전기적 연결이 끊어지며, SEI 층이 과도하게 생성되어 저항이 증가함에 따라 용량이 급격히 열화되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 3-히드록시프로폭시 아릴벤조퓨라논(PABF) 전구체로부터 합성한 DABBF 가교제를 PAA와 에스터화 반응시켜 3차원 가교 네트워크를 형성하도록 구성되며, 1~5 wt% 미만(권장 2.5 wt%)의 조성으로 기계적 물성과 접착력을 극대화합니다. 실리콘 함량을 높인 고용량 음극이나 수계 공정 기반 음극 슬러리 제조 라인에 적용될 수 있어 팽창으로 끊어진 결합이 스스로 재형성되면서 전극 균열의 누적을 늦춰 줍니다.
본 기술은 리튬 이차전지 전해액에 1,1,2,2-테트라플루오로에틸렌-2,2,3,3-테트라플루오로프로필에테르(TFE)를 첨가하여 음극 표면에 LiF가 풍부한 인공 SEI(Solid Electrolyte Interphase) 층을 형성함으로써 계면 안정성을 높이는 기술입니다.
SiOx 음극은 이론 비용량이 높지만 충·방전 시 반복되는 부피 팽창과 수축으로 구조적 분쇄가 일어나고, 이 과정에서 새로 드러난 표면이 전해액에 노출되어 부반응과 열화가 계속 가속되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 전해액 총 중량 대비 5 wt% 이상 10 wt% 미만의 TFE 첨가제를 사용하고, TFE의 전기화학적 환원을 통해 SiOx 음극 표면에 LiF 기반의 견고한 SEI 층을 형성하도록 구성됩니다. 실리콘 산화물 음극을 채택한 고용량 모바일 기기용 셀이나 NCM811 양극 기반 차량용 배터리에 적용될 수 있어 분쇄된 음극 표면이 전해액을 반복 소모하는 현상을 줄이고 장기 사이클 용량 유지에 유리합니다.
본 기술은 양극 활물질을 제조할 때 전이금속 전구체와 리튬 전구체 입자 간 크기 차이에 따라 혼합 공정에서 가하는 전단력의 크기를 조절하여, 최종 활물질의 결정 구조와 표면 특성을 최적화하는 기술입니다.
기존 양극 활물질 제조 공정에서는 입자들이 무질서하게 응집하고 혼합이 고르지 않아 이차전지의 용량 감소(capacity fading)와 전극 분극(electro polarization) 현상이 발생하는 문제가 있었습니다. 장기 충방전 사이클에서 안정성이 떨어지는 한계도 존재했습니다.
본 기술은 전구체 입자 간 크기 차이가 1um 이상이면 더 큰 전단력을 인가하도록 제어하며, 이를 위해 원심력과 제2 로드 회전을 함께 활용하는 전구체 혼합 장치를 사용하고 필요 시 그라인딩 구조체를 투입해 파쇄와 혼합을 유도하여 입자 간 흡착 비율과 결정 성장을 조절하도록 구성됩니다. LCO·NCM 등 양극재 고상 합성 공정, 분체 혼합 설비 제작, 입도가 제각각인 리튬 원료 대응 라인 등에 적용될 수 있어 원료 입도가 바뀌어도 혼합 조건만 재설정하면 균질한 혼합 전구체를 재현할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 새로운 광전기화학 현상의 발견과 규명: 계면 엔지니어링을 통한 광전기화학적 거동 제어 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 리튬-티타늄-산화물(LTO)의 전기 전도도와 리튬 이온 전도도를 높이는 1차 대기 열처리와, 그 과정에서 생긴 산소 결핍을 없애 메모리 효과를 억제하는 2차 산소 분위기 열처리를 결합한 음극 소재 제조 기술입니다.
LTO는 구조적으로 안정하지만 전기 전도도와 리튬 이온 전도도가 낮은 문제가 있었습니다. 전도도를 높이기 위해 도핑 등을 시도하면 비가역 반응으로 전지 용량이 줄어드는 메모리 효과가 나타나는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 LTO 베이스 구조체를 780℃ 대기 분위기에서 1차 열처리하여 전도성을 확보한 뒤 같은 온도의 산소 분위기에서 2차 열처리를 수행하여, 소재 내 산소 결핍(Oxygen Vacancy) 면적 비율을 9.38% 이하로 낮추도록 구성됩니다. 급속 충전형 전기버스 배터리, 저온 시동용 보조 전원, 장수명이 요구되는 전력 저장 셀 등에 적용될 수 있어 금속 도핑 없이도 반복 사용 후 용량 손실이 누적되지 않는 음극을 공급할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 원자 수준에서 제어된 금속 나노클러스터의 물성과 광전기화학적 거동간의 상관관계 규명 연구 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 공침법으로 코발트 헥사시아노퍼레이트(CoHCF)를 제조할 때 전구체 혼합 시간을 줄이거나 킬레이트제인 시트레이트 이온 농도를 조절해 입자를 미세화하고 결정 구조의 안정성을 확보하는 기술입니다.
기존 방식으로 합성한 CoHCF는 입자 크기가 컸고, 충·방전 중 Na+ 삽입과 탈리에 따라 격자가 뒤틀리고 구조 변이가 일어났습니다. 그 결과 율속 특성과 장기 수명 안정성이 저하되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 전구체 용액을 20초 이하의 다이렉트 믹싱으로 빠르게 섞어 입자 성장을 억제하고 비표면적을 넓히거나, 시트레이트 이온 농도를 낮춰 철 공석을 의도적으로 만들어 충·방전 시 결정 변형을 완화하도록 구성됩니다. 리튬 수급 부담이 없는 대용량 나트륨 이온 ESS와 저가형 이동체 전원에 적용될 수 있어, 혼합 시간과 첨가제 농도라는 간단한 공정 변수만으로 입도와 수명 특성을 맞춤 설계할 수 있습니다.
본 기술은 배터리 내부 리튬 이온 농도의 안정화, 전류 변동 후 임계 시간 경과, 측정 전압의 기울기 분석을 통해 배터리의 정상 상태(Steady State)를 판별하고, 그 시점의 전류·전압 데이터로 충전 상태(SoC)를 추정하는 기술입니다.
정확한 충전 상태 추정에는 일반적으로 개방 전압(OCV) 측정이 필요했습니다. 그러나 실제 사용 환경에서는 충분한 휴지 기간을 확보하기 어려워, 과전압의 영향으로 추정 오차가 커지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 최대 전류와 최소 전류 조건에서 기준 정보를 미리 구축해 두고, 전류 변화 이후 리튬 이온 확산이 끝난 정상 상태 시점을 찾아 그때의 측정값을 기준 정보와 대조해 충전 상태를 산출하도록 구성됩니다. 전기차 BMS와 ESS 운영 시스템, 전동공구 배터리팩의 잔량 표시 기능에 적용될 수 있어, 휴지 시간 없이 연속 운전 중에도 과전압 왜곡을 걸러낸 신뢰도 높은 잔량 정보를 제공합니다.
본 기술은 다공성 기재 위에 세라믹 코팅층을 형성하고 그 위에 소화 물질을 담은 코어-쉘 구조 섬유층을 직접 적층하여, 고온 발화 시 코어의 소화 물질이 방출되어 발화를 억제하고 열 수축을 막는 분리막 기술입니다.
기존 분리막은 고온에서 폴리올레핀 기재가 열변형·수축하며 단락을 일으킬 위험이 있었고, 외부 연소 시 전해액의 휘발성 때문에 화재 진압이 어려운 문제가 있었습니다. 또한 기능성 입자를 코팅하는 방식은 라미네이션 공정에서 입자가 파열되어 실제 발화 시 소화 효과가 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 다공성 기재 상부에 세라믹 코팅층을 두고, 코어에 인계 난연제를, 쉘에 고분자를 담은 코어-쉘형 섬유층을 전기방사로 직접 적층하여 평상시에는 난연제를 보호하다가 발화 시 쉘이 녹으며 난연제를 방출하도록 구성됩니다. 전기차 파우치 셀과 대형 ESS 모듈에 적용될 수 있어, 자가소화 시간을 30초 이내로 줄여 열폭주가 이웃 셀로 번지는 것을 늦출 수 있습니다.
본 기술은 배터리 하우징에 전해액 주입, 기체 제거, 세정액 순환을 수행하는 복수의 포트를 전략적으로 배치하여, 하우징을 분해하지 않고도 배터리 내부를 보수하거나 전해액을 보충할 수 있도록 설계한 배터리 구조 및 재사용 방법입니다.
이차전지는 충·방전을 반복하면서 전해액이 변성·고갈되고 내부 가스가 발생해 용량과 출력이 떨어지는 문제가 있었습니다. 이런 배터리를 재사용하려면 하우징을 분해하거나 천공해야 해 공정이 까다롭고 고비용 설비 투자가 필요하다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 배터리 하우징을 관통하는 복수의 포트와 캡 잠금 장치를 두고, 특정 포트로 내부 가스를 배출해 진공을 만든 뒤 세정액과 새 전해액을 주입하며, 포트를 일측면 또는 대각선으로 마주 보게 배치해 유체 흐름 효율을 높이도록 구성됩니다. 전기차 퇴역 배터리 재사용 사업과 ESS 유지보수 서비스에 적용될 수 있어, 셀을 폐기하지 않고 전해액 교체만으로 잔존 수명을 연장하는 순환 모델을 만들 수 있습니다.
본 기술은 원통형 전지 케이스를 안전하게 분해하기 위해 전지 표면 형상을 실시간으로 감지하여 절단 깊이를 자동 보정하는 가이드 기구와 세라믹 절단날, 그리고 온도 감지·소화 설비·불활성 가스로 내부 환경을 제어하는 분해 시스템입니다.
기존 수동식 전지 분해 공정은 작업자 숙련도에 따라 절단 깊이가 달라져 내부 전극 조립체 손상, 단락, 발화 위험이 큰 문제가 있었습니다. 또한 변형된 전지는 정확하게 절단하기 어렵다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 절단날 인근에 롤러·캡·스프링으로 전지 표면을 추종하는 가이드와 제어부 연동 액추에이터를 두어 절단 깊이를 일정하게 유지하고, 세라믹 날을 사용하며, 챔버 내 불활성 가스 주입과 온도 연동 소화 설비로 분해 중 화재를 차단하도록 구성됩니다. 폐배터리 재활용 전처리 라인과 전지 고장 분석 실험실에 적용될 수 있어, 숙련 인력 없이도 전극 조립체를 온전히 회수하고 작업장 발화 사고를 예방합니다.
본 기술은 리튬 이차전지 전해액에 이중 기능성 첨가제인 N-(4-플루오로페닐)말레이미드(FPMI)를 도입하여, 산화 반응으로 양극에 N-C=O 작용기 기반 CEI를 형성하고 환원 반응으로 음극에 LiF 및 N-C=O 작용기 기반 SEI를 형성함으로써 계면 안정성을 강화하는 기술입니다.
Ni-rich NMC 양극과 SiOx 음극을 적용한 고에너지 밀도 이차전지에서는 전극 계면이 불안정하여 전해액이 지속적으로 분해되고 금속 용출, 음극 부피 팽창 및 미분화가 일어나 사이클 수명이 저하되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 FPMI를 전해액 중량 대비 0.5~5.0 중량% 첨가하여, 환원 시 음극 표면에 기계적 강도가 높은 LiF와 N-C=O 작용기를 포함하는 SEI 층을, 산화 시 양극 표면에 N-C=O 작용기를 포함하는 CEI 층을 형성하도록 구성됩니다. 이로써 음극 미분화와 양극-전해액 기생 반응을 함께 억제합니다. 고니켈 양극과 실리콘계 음극을 조합한 장거리 전기차용 셀에 적용될 수 있어 단일 첨가제만으로 양쪽 전극의 열화를 동시에 관리하는 공정상 이점을 제공합니다.
본 기술은 폴리이미드(PI) 분리막의 거대 기공을 폐쇄하고 안전성을 확보하기 위해, 나노 크기의 지르코늄 산화물(ZrO2)과 유리 라디칼 소거제인 트리-1-나프틸 포스핀(TNP) 복합물을 포함하는 코팅층을 형성하는 기술입니다.
폴리이미드 분리막은 열적 안정성이 우수하지만 자체적인 다공성 구조 때문에 전지 조립 시 양극과 음극을 충분히 분리하지 못해 내부 단락과 전류 누출이 발생하는 문제가 있었습니다.
본 기술은 PVdF-HFP 바인더 용액에 ZrO2와 TNP를 분산시킨 뒤 딥코팅 방식으로 PI 분리막 표면에 코팅하여 기공을 폐쇄하도록 구성됩니다. ZrO2-TNP 복합물을 6.44 mg/cm² 이상 코팅해 내부 단락을 막고, TNP의 라디칼 소거 기능으로 고온에서의 열적 특성을 높입니다. NCM811 기반 고니켈 전기차 배터리나 고온 환경에 노출되는 에너지 저장 셀에 적용될 수 있어 열폭주로 번질 수 있는 내부 단락 위험을 근본적으로 낮춥니다.
본 기술은 리튬 또는 나트륨염, TEGDME·PEGDME 등의 가소제, EMIM-TFSI 등의 이온성 액체를 0.9~1.1 : 0.9~1.1 : 0.9~1.1의 몰비로 배합한 삼원 복합 이온 구조체를 UV 경화형 고분자와 결합하여, 전기적 성능과 기계적 안정성을 함께 갖춘 나노-캐니언 표면 구조의 겔 고분자 전해질을 구현합니다.
기존 완전 고체형 고분자 전해질은 이온 전도도가 낮은 문제가 있었습니다. 반면 겔형 고분자 전해질은 기계적·환경적 안정성이 부족하여 고온에서 작동하거나 물리적으로 변형될 때 성능이 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 알칼리염, 가소제, 이온성 액체를 1:1:1 몰비로 구성한 복합 이온 구조체를 65~75중량% 함량으로 UV 경화형 단위체와 혼합·중합하여, 이온 분산도가 높고 폭 50~200nm의 나노-캐니언 표면 구조를 지닌 겔 전해질을 형성하도록 구성됩니다. 리튬 및 나트륨 이온 전지, 굽힘이 잦은 플렉시블 파우치 셀, 고온 환경용 전원 모듈 등에 적용될 수 있어 누액 우려를 덜면서 넓은 계면 접촉 면적과 빠른 이온 이동 경로를 동시에 확보할 수 있습니다.
본 기술은 양극활물질 전구체 입자의 크기를 제어함으로써 열처리 과정에서 1차 입자의 생성 속도와 균일성, 결정 구조 내 니켈/리튬 양이온 혼합 수준, 그리고 결정 구조의 안정성을 최적화하는 제조 기술입니다.
기존 양극활물질은 구조적으로 불안정하고 율속 특성이 낮으며 충방전을 반복할수록 사이클 안정성이 떨어지는 문제가 있었습니다. 또한 전구체 크기가 고르지 않아 입자 밀도와 결정성이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 니켈 전구체 입자의 크기를 8μm 초과 16μm 미만으로 맞추고 산소 분압(0.3~1.0 L/min)과 리튬 소스 몰 비율(1:1.01~1.05)을 최적화하여, 003면과 104면의 피크 비율(I003/I104)이 1.74를 넘는 층상 구조를 갖도록 구성됩니다. 하이니켈 NCM·NCA 양극재 양산 라인, 전기차용 고용량 셀, 공침 반응기 공정 설계 등에 적용될 수 있어 교반속도 같은 전구체 단계 변수만으로 소성 후 결정 품질을 미리 설계할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 새로운 광전기화학 현상의 발견과 규명: 계면 엔지니어링을 통한 광전기화학적 거동 제어 지원을 통해 개발되었습니다.
