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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국전기연구원 Korea Electrotechnology Research Institute |
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보고서유형 | 1단계보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2011-08 |
과제시작연도 | 2010 |
주관부처 | 지식경제부 Ministry of Knowledge Economy |
등록번호 | TRKO201300024602 |
과제고유번호 | 1415113933 |
사업명 | 에너지자원기술개발지원 |
DB 구축일자 | 2013-09-14 |
키워드 | 리튬이차전지.양극.나노급 Mn-rich.고전압 올리빈.저가격화.고출력. |
개발목표 및 내용
1. 단계목표
○ 고전압 올리빈계 양극소재 (용량: 140 mAh/g @ 1C, 출력: 110 mAh/g @ 5C, 싸이클 수명: 3,000회 이상)
○ 나노급 Mn-rich계 양극소재 (용량: 210 mAh/g @ 1C, 출력: 160 mAh/g @ 5C, 싸이클 수명: 1,000회 이상)
2. 개발내용 및 결과
○ 고전압 올리빈계 양극소재 개발
- 원료 물질 제조 및 특성 평가를 위해 17종 원료 물질을 제조하였고 일반 조성 6종, 세부 조성 10종을 제조하여 이들을 반전지로 특
개발목표 및 내용
1. 단계목표
○ 고전압 올리빈계 양극소재 (용량: 140 mAh/g @ 1C, 출력: 110 mAh/g @ 5C, 싸이클 수명: 3,000회 이상)
○ 나노급 Mn-rich계 양극소재 (용량: 210 mAh/g @ 1C, 출력: 160 mAh/g @ 5C, 싸이클 수명: 1,000회 이상)
2. 개발내용 및 결과
○ 고전압 올리빈계 양극소재 개발
- 원료 물질 제조 및 특성 평가를 위해 17종 원료 물질을 제조하였고 일반 조성 6종, 세부 조성 10종을 제조하여 이들을 반전지로 특성 평가를 수행함.
- 고전압 올리빈계 양극소재의 제조 공정 기술을 개발하였고 이를 국내 및 국외 특허를 출원 하였음. (2009-0036634/PCT KR2009/002297)
- 도전성 코팅을 이용한 성능 개선 기술 개발로서 glassy carbon 코팅을 고전압 올리빈 표면 형성 기술을 개발하였고 이에 대해 국내 및 국외 특허를 출원 하였음. (2010-0006392/PCT KR2010/003041)
- Scale-up 공정기술 확보를 수행하여 30kg@batch의 공정 기술을 확보 하였고 여기에서 제조된 시작품을 4세부 과제에 참여중인 3개 전지회사에 제공하여 특성 평가를 진행하였음.
- 개발된 고전압 올리빈계 양극소재의 비용량은 143mAh/g, 5C 출력은 135mAh/g, 수명은 1C 100회의 충방전을 행했을 때 초기용량 대비 96.4%의 방전 용량을 나타냄.
○ 나노급 Mn-rich계 양극소재 개발
- Mn-rich계 양극소재 조성 개발 연구로서 금속 조성 및 Li/M ratio를 달리한 각종 조성의 Mn-rich계 양극 전구체를 제조하였고 전기화학적 특성 평가를 통해 가장 우수한 조성을 개발하였음.
- 전구체를 이용한 Mn-rich 양극소재 합성 프로세스 개발로 60liter 공침기를 개발하였고 이 과정에서 새로운 특허를 도출하였으며 국내 및 국외 특허를 출원하였음. (2010-0032508/PCT KR2010/005732)
- Al 및 Mg 등 이종 원소 도핑 기술 개발 하였음.
- Al2O3, Ni3(PO4)2, (NH4)3AlF6, ZnO, AlF3 등을 이용한 표면처리를 수행하였고 표면처리된 Mn-rich계 양극소재의 전기화학적 특성 평가를 통해 가장 우수한 조성을 개발하였음. (1 wt% AlF3의 표면 처리한 Mn-rich계 양극소재는 개질 전 대비 27% 이상의 수명 특성이 향상되었음.
- 공침 조건을 개선하여 기존 공정 대비 20% 이상의 고밀도 전구체 제조 기술을 개발하였으며 이 고밀도 전구체로서 고용량 Mn-rich 소재 합성 기술을 확보하였음.
- 표면개질 및 이종원소 치환에 따른 발열 및 열 폭주 경로 분석을 위해 시차 주사 열량 분석에 따른 발열 개시 온도 및 엔탈피 변화량 등 분석하였음.
- 열화기구에 관한 미시적 원인분석하기 위해 극판 조성물질의 기초적 열 특성 및 ET(Electrochemical Treatment)에 상응하는 발열, 열량 변화, 온도 Modulation 상응 에너지 저장 특성을 분석하였음.
- LiFePO4와 LiMn0.6Fe0.4PO4의 ex situ 고체 NMR 분석을 통해 단일 등방성 피크가 관찰되어, LiFePO4와 LiMnPO4의 경우와 같이 LiFe0.4Mn0.6PO4도 single type의 Li 사이트가 포함된 자기성 양극재료로 예측되었음.
- LiFePO4와 LiMn0.6Fe0.4PO4의 in situ EXAFS 분석을 통해 LiFePO4의 경우에는 거리의 변화가 확실한 반면 LiMn0.6Fe0.4PO4에 Fe 측정에는 상대적으로 철 주위의 원소들의 거리의 변화가 적고 LiMn0.6Fe0.4PO4에 Mn 측정시 Fe보다는 거리의 차이를 더심한 것을 발견함
- LiMn0.6Fe0.4PO4의 in situ XANES 분석을 통해 Mn 보다는 Fe의 산화 상태가 급격한 변화를 나타냄을 확인함.
3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
○ 중대형 리튬이차전지를 중심으로 현재 상용화된 리튬이차전지용 양극 소재인
LiCoO2를 대체하여 고출력, 고안전성화, 저가격화 실현 및 국내 소재 업체 기술 경쟁력 확보/강화 기대
○ 이동형 전력저장 시스템의 전지 양극소재로 사용함으로써 전지의 응용분야 확대를 통한 기존 전지관련 산업의 활성화가 기대
○ PHEV-20용 kWh급 전력저장 소재 관련 기술은 솔라하이브리드, 마이크로 그리드 등 기간산업에 필요한 kWh급 전력저장 소재의 기반 기술로 활용 가능
4. 적용분야
○ 중대형 이차전지용 양극소재로서 전기자동차용, 중대형 이차전지용 양극 활물질로 적용됨.
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
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