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Kafe 바로가기주관연구기관 | (주)루트제이드 |
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연구책임자 | 김경준 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2015-07 |
과제시작연도 | 2014 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO201600017131 |
과제고유번호 | 1711017599 |
사업명 | 글로벌전문기술개발(정보통신)(한국산업기술평가관리원) |
DB 구축일자 | 2017-09-20 |
키워드 | 웨어러블이차전지.전도성섬유집전체.유연성.섬유기반.리튬이온전지.Wearable secondary battery.Conductive textile current collector.Flexible.Textile-based lithium ion battery. |
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
< 리튬이온이차전지 산업 분야 >
o Design free wearable 리튬이차전지 개발
o Design free wearable 리튬이차전지 설계 및 공정 조건 최적화
o Design free wearable 리튬이차전지 성능 및 안전성 확보
o Design free wearable 리튬이차전지 시제품 제작
< 섬유 산업 분야 >
o Design free wearable 리튬이차전지용 집전체 개발을 위한 섬유직조물(Basic Textile
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
< 리튬이온이차전지 산업 분야 >
o Design free wearable 리튬이차전지 개발
o Design free wearable 리튬이차전지 설계 및 공정 조건 최적화
o Design free wearable 리튬이차전지 성능 및 안전성 확보
o Design free wearable 리튬이차전지 시제품 제작
< 섬유 산업 분야 >
o Design free wearable 리튬이차전지용 집전체 개발을 위한 섬유직조물(Basic Textile) 개발
o 1차년도 기술개발 목표
- 섬유기반 집전체용 고분자 물질 스크리닝(Screening) 및 선정
- 섬유기반 집전체 제작을 위한 섬유 직조물(Basic Textile) 제작
o 2차년도 기술개발 목표
- 섬유기반 집전체 제작용 섬유 직조물(Basic Textile)의 성능 향상
- 웨어러블 이차전지 집전체용 섬유소재의 최적화 영역 확보
□ 개발내용 및 결과
< 리튬이온이차전지 산업 분야 >
o 섬유 기반의 리튬이차전지 성능 최적화
o 섬유 기반의 리튬이차전지 공정 기술 개발
o Design free wearable 리튬이차전지 제작 및 성능 평가
- 200 mAh급 full-cell 제작 및 전기화학적 특성 평가(용량, 율특성 등)
- Folding 조건에 따른 전기화학적 특성 평가(용량, 율특성 등)
: 1.0C 70% 용량 유지( vs. 0.2C 방전용량)
- 전지의 Folding을 동반한 수명 평가 : 80%@300회
o 사업화를 위한 Design free wearable 이차전지 신뢰성 평가
- Wearable 이차전지의 신뢰성 및 성능 검증 진행
o 율특성(90.2%), 수명 특성(81.7%), 안전성 평가(UL1642 외부 평가 완료)
< 섬유 산업 분야 >
o 개발기술 및 제품
- 섬유 집전체용 극세번수 원사 제조 기술 확보 : 세 번수 고강력 원사 확보를 위해 7g·f이상의 강도를 갖추고, TiO2함량이 전혀 없는 폴리에스터 고상중합(Solid state polymerization)법에 의한 고분자량 폴리에스터 수지 사용한 PET용융방사 원사 개발
- 개발제품 : 원사 2종(PET SBR, 9d/6f, 20d/24f SDY)
- 섬유 집전체용 박지직물(Thin fabric) 제조 기술 확보 : 제직 효율성 향상을 위한 직물조직,제직밀도, 직기종류, 속도, 개구각도, Dropper 및 바듸 종류, 위사밀도, 경절/위절 수, 제직효율을 고려한 극세번수 최적 위입조건 설정(경·위사 장력, 개구타이밍 등), 적정 개구각도(비주 공간)으로 원활한 위사공급 설정, 개구시 경사장력을 최소화하여 섬유진전체용 박지직물을 개발하였음
- 개발제품 : PET Plain Basic Textile 4종(9d Plain 2건, 20d Plain 2건)
- 섬유 집전체 두께: 20㎛(<30)
- 섬유 집전체 굽힘강도: 0.0242g·㎠/㎝(<0.26)
o 기술적 원리 및 연구내용
- 웨어러블 이차전지 집전체용 섬유직조물 세 번수 고밀도 박지직물(Thin fabric) 최적 설계(예측식) 정립함
- (세번수 박지직물의 기술적 원리) 최적 직경수= 2116.52 - 56.934 micron-mean + 0.509micron-mean**2 - 0.00138micron-mean**3단, micron-mean=Ashenherst직경의 평균치
- 극 세번수 원사제조 공정 연구 및 확립 : PET SBR, 9d/6f, 20d/24f SDY
- 극 세번수 제직공정 연구 및 확립 : 가호작업(Sizing) -> 정경작업(Warping) -> 통경작업(Picking) -> 빔작업(Beaning) -> 제직작업(Weaving)
- 종합적으로 웨어러블 이차전지의 섬유집전체 제조기술은 고상중합 PET SBR 고분자를 중심으로 9~20denier급 원사를 사용하여 극 세번수 제직공정과 불순물 함유량<0.5ppm/㎡)의 전처리공정을 포함한 전반적인 가공공정 기술을 개발하였음
□ 기술개발 배경
< 리튬이온이차전지 산업 분야 >
o 모바일 IT 디바이스의 진화를 가능하게 하기 위해서는 동력원으로서의 이차전지 개발이 필수적으로 병행되어야 하며, 이미 그 요구가 크게 대두되고 있음
- 현재 모바일 IT 제품용 이차전지는 단순하게 정형화된 원통형, 각형, 파우치형의 크게 3가지 형태로 국한되나, 디바이스의 효율 집적화와 유연화를 구현시키기 위해서는 그 구동원인 이차전지도 다양한 form factor가 가능하도록 개발, 발전되어야 함.
- 전기 자동차, 대용량 전력 저장 장치의 필요성 및 발전이 그 동력원으로서의 대용량 이차전지의 발전을 이끌고 있다면, 다종의 기능성 디바이스의 복합화와 휴대 편의화는 고집적, 미세화, 박막화와 함께 디자인 유연화가 가능한 이차전지의 개발을 요구하고 있는 상황임
< 섬유 산업 분야 >
o 섬유직조물의 연구배경 및 개발동기
- 에너지저장 및 발전기술은 휴대용 IT기술의 발전과 더불어 지속적인 발전을 해왔으나, 최근 Google Glass같은 안경형 디바이스, iWatch, GALAXY Gear같은 시계형태의 신체부착형 디바이스 등의 등장으로 공간의 활용도와 디자인을 고려한 유비쿼터스(Ubiquitous) 환경에 필요한 웨어러블 에너지저장 장치 및 축전기술이 대두되고 있음. 따라서 웨어러블 디바이스의 원활한 에너지공급을 위해서는 사용자의 자연스런 착용감과 편리성이 확보된 플렉서블이차전지 기술 확보가 필요함
□ 핵심개발 기술의 의의
< 리튬이온이차전지 산업 분야 >
o Design free wearable 이차전지는 섬유 재질의 제품과 IT 응용 제품 간의 융합 기술 개발을 근간으로 하기 때문에, 섬유 소재 및 가공 분야에서서의 새로운 기술을 잉태하고 발전시킬 뿐만 아니라, 이차전지 소재 기술 및 응용 기술의 진일보를 통한 전지 기술 혁신에 이바지할 수 있음
o 차세대 모바일 디바이스의 획기적인 핵심 에너지원으로서 예상되는 Design free wearable
이차전지의 핵심부품․소재․장비 및 제조기술은 선진국에서도 미개척분야로 차세대 전지분야의 기술 선점 및 이차전지 세계 1위 기술 강국으로의 입지 강화에 기여할 수 있음
o 전도성 섬유 소재의 활용을 통한 이차전지의 부품 혁신은 핵심 부품 및 소재의 원천기술습득의 확대를 용이하게 하고, 각 분야에서의 차별화된 소재와 제조기술 공정 확보로 차세대 섬유 재질 기술 및 차세대 이차전지 기술의 상용화 측면에서 유리한 위치를 선점할 기회를 제공할 수 있음
< 섬유 산업 분야 >
o 섬유집전체 제조의 핵심 기술 : 유연성이 확보된 얇고 넓은 박막(Thin fabric)을 제조하는 기술의 핵심은 섬유원단의 유연성 척도인 굽힘강도가 0.35g㎠/㎝이하 이어야하고, 섬유집전체의 두께가 30~50마이크로미터(㎛)이하이고, 전기전도성이 센티미터(cm)당 10지멘스(Seimens)이상 이어야 한다. 따라서 이를 제조하기 위한 원사의 굵기는 9~20데니어급이며,강력은 7.0g·f이상을 확보하는 원사의 제조기술과 세 번수 박지 제직기술, 불순물의 함량이 스퀘어미터(㎡)당 0.5피피엠(ppm)이하인 정련직물(Scoured fabric)을 제공할 수 있는 공정기술이 확보되어야 함
□ 적용 분야
< 리튬이온전지 산업 분야 >
- 소형 IT device : Smart Watch, Wearable glass, Healthcare device, Medical detector등 소형 wearable device 완제품 업체
- 기능성 의류 : IT와 섬유가 융합된 기능성 의류 생산 업체
- 가정용 제품 : 벽지, 타일, 카펫 등에 기능성을 겸한 제품에 사용
- Energy Harvesting : 태양전지와 접목한 wearable 제품군에 사용
- 군사용도 : 군사용 특수목적에 의한 제품
< 섬유 산업 분야 >
o 유연하고 전도성이 좋은 섬유소재의 적용분야 : 웨어러블 디바이스용 전원소재, 처리장치,센서, 접촉단자 등으로 활용이 가능한 소재임
( 출처 : 초록 )
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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