초록 ▼

3차원 고용량 박막배터리를 위한 ALD 기술을 개발하였다. 반도체 제조장비를 활용하여 3차원 구조물을 제작하였고 국내외 케미칼회사와의 협력을 통해 ALD 신규 precursor를 확보하였다. 본 연구를 위해 배터리용 박막에 특화된 전용 ALD 장비를 조립하고 공정실시간 모니터링을 위해 quartz crystal microbalance(QCM)를 설치하였다. Anode, solid electrolte, cathode 박막의 150도 이하 저온 ALD 공정을 개발하고 3차원구조물 위에 균일하게 성장함을 확인하였으며 차례대로 적층하여 박

3차원 고용량 박막배터리를 위한 ALD 기술을 개발하였다. 반도체 제조장비를 활용하여 3차원 구조물을 제작하였고 국내외 케미칼회사와의 협력을 통해 ALD 신규 precursor를 확보하였다. 본 연구를 위해 배터리용 박막에 특화된 전용 ALD 장비를 조립하고 공정실시간 모니터링을 위해 quartz crystal microbalance(QCM)를 설치하였다. Anode, solid electrolte, cathode 박막의 150도 이하 저온 ALD 공정을 개발하고 3차원구조물 위에 균일하게 성장함을 확인하였으며 차례대로 적층하여 박막배터리를 제조하였다. ALD 박막과의 비교 및 박막배터리 구현을 위한 보조수단으로서 고체전해질 및 전극 박막 등의 pulsed laser deposition(PLD) 공정도 개발하였다.
1) 박막배터리용 전극 및 전해질 물질의 ALD 연구
CpCo(CO)₂를 사용하여 상온에 가까운 50℃에서도 ALD 박막을 성장시킬 수 있었다. QCM을 활용하여 실시간으로 공정을 모니터링하여 precursor가 표면에서 어떤 반응을 하는지도 규명할 수 있었다. 또한 증기압특성이 우수한 Li(DEDIPG)를 이용하여 150℃에서 LiCoO₂를 증착하는 공정을 개발하였다. 그 과정에서 lithium precursor에 의해 cobalt precursor의 흡착 방해를 발견하였고, 앞으로 다성분계 물질의 ALD 공정을 연구하는 데 유용하게 적용될 것으로 기대된다. 마지막으로 150℃에서 Li(DEDIPG)와 POCl₃을 이용하여 lithium phosphorus oxide를 성장시킬 수 있었다.
2) 3차원 박막배터리 제작을 위한 3차원 구조물 형성 및 박막배터리 연구
Bosch 방식의 DRIE 공정에 의해 3차원 구조물을 가공하였고 평판구조에 비해 표면적을 크게 넓힐 수 있었다. PLD 및 sputtering 방식으로 LiPON, LiCoO₂ 박막을 증착하여 ALD 박막과의 특성을 비교하는데 사용하거나 ALD 공정개발을 위한 기판으로 활용하였고 LiPON 박막을 리튬2차전지 cathode위에 얇게 코팅함으로써 배터리의 cycle lifetime(capacity fade) 특성을 크게 향상시킬 수 있었다. Pt / LiCoO₂ / LiPON / Co₃O₄ / Pt / Ti / SiO₂ / Si wafer 구조를 모두 박막으로 적층하여 박막배터리를 제작하였고 특성을 평가하였다. 또한 3차원구조 위에 다층박막을 성장시켜 3차원 배터리구조를 형성하였고 배터리 특성을 향상시키는 연구를 진행중이다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내·외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 10
• 5. 연구결과의 활용 계획 ... 10
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 10
• III. 연구성과 ... 11