초록 ▼

1. 리튬이차전지용 신규 양극/전해질 및 신규 전지시스템 기초·원천기술 개발
⦁고용량/고출력 양극소재: 5V급 금속산화물 합성
: 기존 Li-, Mn-rich NMC 소재의 문제점을 개선한 신규 표면물질이 형성된 신규 고용량/고출력/고율 양극소재 NSL-LLMO 개발. 1C대비 2C 용량을 약 90%로 향상 (110 mAh/g @ 30C, 300 cycle).
⦁장수명/고안전 양극소재: 5V급 인산염계 활물질 개발
: MetastrengiteⅠFePO4·2H2O로 합성된 LiFePO4(M-LFP)의 tap de

1. 리튬이차전지용 신규 양극/전해질 및 신규 전지시스템 기초·원천기술 개발
⦁고용량/고출력 양극소재: 5V급 금속산화물 합성
: 기존 Li-, Mn-rich NMC 소재의 문제점을 개선한 신규 표면물질이 형성된 신규 고용량/고출력/고율 양극소재 NSL-LLMO 개발. 1C대비 2C 용량을 약 90%로 향상 (110 mAh/g @ 30C, 300 cycle).
⦁장수명/고안전 양극소재: 5V급 인산염계 활물질 개발
: MetastrengiteⅠFePO4·2H2O로 합성된 LiFePO4(M-LFP)의 tap density 및 에너지밀도를 향상시켜 수명 특성 개선(5,000회, 용량 80% 유지).
⦁ Time-resolved XRD+GC 방법에 의한 신소재 합성 기반기술 개발
: 전구체와 리튬염의 반응과 합성 온도에 따른 구조 변화를 관찰함.
: 원료에 따른 온도 상승 중 발생하는 혼합물 간 반응 경로를 실시간으로 관찰 가능함.

2. 중대형 이차 전지용 Intercalation 이 가능한 고용량 신규 음극 소재 개발
○Intercalation 반응기구를 갖는 새로운 음극 소재는 기존 흑연소재의 대체재 또는 기존 실리콘 소재 표면에 대한 인공피막재료로서 절실히 요구됨
○본 연구에서는 intercalation 반응 기구를 갖는 새로운 음극 소재를 개발하기 위하여 전기음성도가 유사한 금속인화합물(metal phosphide) 후보 소재중에서 MoP_x 2원계 화합물이 intercalation 반응기구를 갖는 것으로 규명함.
○MoP_x 음극은 높은 가역용량(756mAh/g) 및 매우 우수한 고입력 (62%@7C) 및 고출력 (79%@20C) 특성을 갖는 것으로 확인됨으로써 기존 중대형 전지(ESS)용 고출력 음극 소재인 Li₄Ti₅O₁₂ 의 단점인 낮은 에너지밀도를 극복 가능한 신규 고입출력 소재로서 제안됨.
○MoP_x 음극은 0V(vs Li/Li⁺) 충전 시까지도 conversion reaction 이 일어나지 않는 재료이므로 기존 실리콘 소재 표면위에 후막 인공 피막재료로서 적용함. 다공성 p-Si@MoP_x 신규 음극 소재는 1000mAh/g 이상의 초기 가역용량 및 우수한 전극 수명 특성(300 cycle 86.2%)이 확보됨으로써 중대형 전지 (EV)용 새로운 고용량 음극 소재로서 제안됨.

3. 신규 비수계 활물질 및 고농도/고전압 플로우 전지 기술 개발
기후변화대응 기술에 적합한 중대형 이차전지 기초원천기술을 개발하기 위해 기존 수계 레독스 흐름전지의 에너지밀도를 획기적으로 높일 수 있는 비수계 레독스 플로우 전지(RFB) 타겟형 신규활물질 및 멤브레인 기술 개발이 필요함.
2단계에서는 2.8V 이상의 전압차를 보이는 신규활물질 설계 및 합성기술을 개발하여 약 30종의 후보물질을 발굴하였고 전기화학적 특성을 측정 및 분석하였음. 활물질의 고농도화를 위해 기존 대비 2배 이상 활물질 농도를 구현할 수 있는 메조기공 나노입자 담지체 개발하였음. 유기계 활물질 타겟형 고분자 전해질 박막을 제조하고 이온의 이동기작 연구를 수행하여 두께 30um 갖고 12 ms/cm 전도도 특성을 갖는 다공성막을 개발하였음.

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Ⅳ. Result and discussion
1. Development of basic and core technologies for novel cathode and electrolyte for lithium secondary batteries and novel secondary battery system
⦁ High capacity/ high voltage cathode material
⦁ Synthesis of metal oxide cathode materials and improvement of performa

Ⅳ. Result and discussion
1. Development of basic and core technologies for novel cathode and electrolyte for lithium secondary batteries and novel secondary battery system
⦁ High capacity/ high voltage cathode material
⦁ Synthesis of metal oxide cathode materials and improvement of performance characteristics
⦁ - Establishing Sol - gel synthesis method, optimize the transition metal composition of large - capacity Li -, Mn - rich NMC metal oxide, achieve the discharge capacity (4.8 V, 285 mAh / g)
⦁ Synthesis of new metal oxide cathode materials
⦁ - NSL-LLMO development of new high-capacity / high-output / high-rate Cathode material with new surface material that improves the problems of existing Li- and Mn-rich NMC materials Improved 1C ratio 2C capacity to about 90% (110 mAh / g @ 30 C, 300 cycles)
⦁ Establishment of basic and core technology of new material base through advanced analysis method
⦁ - In the initial synthesis state, bulk and surface crystal structure and atomic arrangement of new material particles are compared and analyzed through STEM and EDS mapping high-degree analysis.
⦁ - Electronic states and oxidation from the surface are known through numerical EELS analysis and suggesting the possibility that a highly conductive material of lithium ion has been produced
⦁ - The XAFS analysis of the accelerator base of the irradiated light accelerates the oxidation of each transition metal during charging and discharging and understands the main cause of the change of the number and the structural change
⦁ - Indirectly determining the material's thermal stability characteristics through TR-XRD measurements
⦁ - Detailed resistance analysis and degradation mechanism analysis of LiNixMnyCozO2
⦁ Long life / high safe cathode material
⦁ Synthesis and Improvement of Performance Characteristics of Phosphate-Based Oxide Electrode Material
⦁ - Improved tap density and energy density of LiFePO4 (M-LFP) synthesized with MetastrengiteⅠ(FePO4 · 2H2O) and improved lifetime characteristics (5,000 times, maintaining 80% capacity)
⦁ In order to improve the conductivity of existing LFP, the structure of active material was improved by forming carbon nanotubes, chemical bonding, MnO2 and nanocomposite (CM-LFP)
⦁ Development of new cathode materials using supercritical synthesis and improvement of high-rate characteristics by carbon coating
⦁ Synthesis of a single phase Li3V2 (PO4) 3 / graphene nanocomposite material (190 mAh / g, high discharge capacity: 165 mAh / g @ 5C, lifetime) using sequential adsorption and spray drying Characteristics: 85% @ 1C, 100 cycles)
⦁ Li3V2 (PO4) 3 / N-doping graphene nanocomposite
⦁ - Development and optimization of the Li2Co1-xFexPO4F sample using a sol-gel synthesis method to improve the lifetime characteristics
⦁ Establishment of basic and core technology of new battery system through development of electrolyte and binder
⦁ - To develop a new water-based binder and electrolytic additive to achieve the long-life purpose.
⦁ Establishment of basic and core technology of new material base through advanced analysis method
⦁ - Characterization of powders and electrochemical behavior of samples
⦁ - Analysis of the lattice structure of the electrode material, analysis of the lattice constants during HRPD / Rietveld refinement, and research on the state of structural order / disordered state.
⦁ Time-resolved XRD + GC method to develop synthetic base materials for new Added in situ X-ray diffraction (XRD) gas atmosphere adjustment function, added gas analysis function, developed new material synthesis base technology
⦁ - Reaction and degradation mechanism analysis using high-precision, real-time analysis technology
⦁ - It is designed and constructed to analyze the released gas ((N2, CH4, H2, O2, CO, CO2, etc.) as well as confirming the structural change that occurs during thermal decomposition of the cathode material.
⦁ Observation of reaction of precursor and lithium salt and structural change by synthesis temperature.
⦁ - Real-time observation of the reaction path between the mixtures generated during the temperature rise by the raw materials

2. Development of large-capacity new negative electrode materials capable of intercalation for medium and large secondary batteries
⦁ Derivation of material manufacturing process layout: Establishment of basic process conditions for synthesis of multi-element stratiform metal
⦁ Fundamentals of material manufacturing Process Variables Derivation: Fundamentals of Solvothermal synthesis process Optimization of process variables
⦁ Fabrication of layered structural material powder and Li intercalation
⦁ Derivation of important elemental technologies of new electrolytes through Cathode / Anode interface deepening research
⦁ Synthesis and electrochemical properties of inorganic and mixed lithium salt (reversible capacity> 600 mAh/g) : SnP_x(617mAh/g), SnFeP_x(1155mAh/g), MoP_x(767mAh/g), MoSiP_x(1065mAh/g)
⦁ Development of manufacturing technology of porous nano-assembled particles : Nano Si / graphite composite electrode to improve the life of the electrode
⦁ To derive important elemental technologies for new electrolytes through bilateral / deep-interface deepening studies
⦁ Synthesis and Evaluation of Electrochemical Properties of Lithium Phosphate Mixtures : Synthesis of 220 nm inorganic nanoparticles with reactive double bonds
⦁ When applying organic / inorganic mixed lithium salt, oxidative decomposition current is not formed up to about 7 V

3. Technological development of new nonaqueous active materials and high-density / high-voltage fuel cells
⦁ TEMPOL derivatives as non aqueous organic catholyte active material was prepared efficiently and investigate the electronic trend of CV depending on functional group. Best organic catholyte active material was selected and apply to RFB system.
⦁ Phthalimide and quinone derivatives as non aqueous organic anolyte active material was prepared efficiently and investigate the electronic trend of CV depending on functional group. Best organic anolyte active material was selected and apply to RFB system.

(출처 : SUMMARY 11p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 10
• CONTENTS ... 15
• 목차 ... 16
• 제 1 장 연구 배경 및 목표 ... 17
• 제 1 절 리튬이차전지용 신규 양극/전해질 및 신규 전지시스템 기초·원천기술 개발 ... 17
• 제 2 절 중대형 이차 전지용 Intercalation 이 가능한 고용량 신규 음극 소재 개발 ... 22
• 제 3 절 신규 비수계 활물질 및 고농도/고전압 플로우 전지 기술 개발 ... 25
• 제 2 장 국․내외 관련 동향 ... 32
• 제 1 절 리튬이차전지용 신규 양극/전해질 및 신규 전지시스템 기초·원천기술 개발 ... 32
• 제 2 절 중대형 이차 전지용 Intercalation 이 가능한 고용량 신규 음극 소재 개발 ... 33
• 제 3 절 신규 비수계 활물질 및 고농도/고전압 플로우 전지 기술 개발 ... 36
• 제 3 장 연구 결과 및 목표 달성도 ... 46
• 제 1 절 고용량/고출력 리튬이차전지, 장수명/고안전 리튬이차전지 핵심 원천기술 및 기반기술 개발 ... 46
• 제 2 절 중대형 이차 전지용 Intercalation 이 가능한 고용량 신규 음극 소재 개발 ... 155
• 제 3 절 신규 비수계 활물질 및 고농도/고전압 플로우 전지 기술 개발 ... 359
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 553
• 제 1 절 리튬이차전지용 신규 양극/전해질 및 신규 전지시스템 기초·원천기술 개발 ... 553
• 제 2 절 중대형 이차 전지용 Intercalation 이 가능한 고용량 신규 음극 소재 개발 ... 569
• 제 3 절 신규 비수계 활물질 및 고농도/고전압 플로우 전지 기술 개발 ... 576
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 582
• 제 1 절 리튬이차전지용 신규 양극/전해질 및 신규 전지시스템 기초·원천기술 개발 ... 582
• 제 2 절 중대형 이차 전지용 Intercalation 이 가능한 고용량 신규 음극 소재 개발 ... 584
• 제 3 절 신규 비수계 활물질 및 고농도/고전압 플로우 전지 기술 개발 ... 585
• 끝페이지 ... 587