초록 ▼

■ 연구 목적
본 연구의 목적은 “상용화 수준의 고 에너지 밀도 스마트 워치용 웨어러블 이차전지의 개발”이다. 당 해 년도 연구에서는 1차 년도에서 축적한 기술을 바탕으로, 1) 개발된 웨어러블 이차전지에 대한 외부공인인증 및 양산화 체제로의 도입, 2) 다품종 웨어러블 디바이스로의 적용을 위한 웨어러블 이차전지 규격의 다각화를 세부 목표로 하여, 본 연구의 최종 목표를 달성하고자 하였다.

■ 연구 방법
본 과제는 상용화 연구 단계와 외부 인증을 통한 검증 및 수정 단계를 거쳤다. 상용화를 위한 기초 연구에

■ 연구 목적
본 연구의 목적은 “상용화 수준의 고 에너지 밀도 스마트 워치용 웨어러블 이차전지의 개발”이다. 당 해 년도 연구에서는 1차 년도에서 축적한 기술을 바탕으로, 1) 개발된 웨어러블 이차전지에 대한 외부공인인증 및 양산화 체제로의 도입, 2) 다품종 웨어러블 디바이스로의 적용을 위한 웨어러블 이차전지 규격의 다각화를 세부 목표로 하여, 본 연구의 최종 목표를 달성하고자 하였다.

■ 연구 방법
본 과제는 상용화 연구 단계와 외부 인증을 통한 검증 및 수정 단계를 거쳤다. 상용화를 위한 기초 연구에 해당하는 기술 연구 단계에서는 전지 생산 공정의 최적화 (극판 코팅, 압착, 용착, 적층 공정 등)가 이루어졌으며, 상용화 연구 단계에서는 기술 연구 단계에서 도출된 연구 결과물에 대한 외부공인인증 절차가 진행되었다. 또한 다종의 스마트 워치/밴드로의 적용을 위한 규격 다각화 연구와 함께, 글로벌 IT업체들과의 협의를 진행하여, 본 연구의 결과를 상용화 하고자 하였다.

■ 연구 결과
(1) 기술적 측면
1) 양산형 웨어러블 이차전지의 생산 공정 최적화 연구
최종 개발품인 웨어러블 이차전지 제작에 앞서, 슬러리 및 전극 제조에 대한 다각화된 연구를 진행하여, 고에너지 밀도의 전극 제작을 위한 최적 조건을 도출하였다. 또한 적층, 용착 및 포밍, 전해액 주입, 진공, 실링의 각 단계에 대한 최적화 연구를 진행하여, 최종적으로 상용화 수준의 고에너지밀도 웨어러블 이차전지 개발에 성공하였다.

2) 상용화를 위한 웨어러블 이차전지 성능의 외부공인인증
공정 최적화 연구를 거쳐 제작된 시곗줄용 리튬이차전지의 기술 성숙도가 높아짐에 따라, 전기화학 평가, 반복적 굽힘에 대한 안정성 평가와 함께 상용화를 위한 외부 공인인증 절차를 진행하였다. 충-방전 시 율 특성(C-rate) 및 다양한 온도 하에서의 충-방전 특성 평가를 거쳤으며, 본 연구에서 제작된 이차전지는 공인인증 평과 결과, 요구되는 조건 대비 우수한 성능을 보이는 것으로 확인되었다. 또한 반복적 굽힘 동작 하에서의 전기화학적 성능 평가에서도 500회 충방전 후 안정적인 충방전 특성을 보이는 것으로 확인되었다.

(2) 사업화 및 산업적 측면
1) 다종의 스마트 워치/밴드의 공급을 위한 제품 규격의 다각화
본 연구에서는 다양한 스마트워치/밴드에 본 연구의 이차전지를 적용하고자, 다양한 규격의 웨어러블 이차전지를 제작하였다. 제작된 이차전지를 해당 디바이스에 적용하여, 디바이스의 안정적인 구동 여부 및 및상용 디바이스와의 적합성을 시험하였으며, 본 연구의 이차전지가 삽입된 디바이스의 안정적인 구동을 확인하였다.

2) 글로벌 IT업체를 대상으로한 기술 홍보 및 기술 협약 진행
본 연구에서는 기술적 측면에서의 시곗줄용 이차전지 개발 (양산형 웨어러블 이차전지 생산 공정 최적화 및 상용화를 위한 웨어러블 이차전지 성능 외부 공인인증평가)과 더불어 다양한 글로벌 IT업체들에 대한 홍보를 진행하였다. 중국의 대형 IT업체인 화웨이 사와는 작년 최초 협의를 바탕으로, 지속적인 교류를 통해 (카이스트 방문, 2016년 1월) 상호 기술확인 및 개발 사양협의를 진행하였다. 또한 글로벌 시계 제작 기업인 미국의 Fossil사와도 협의 (2016년 8월 CTO 미팅)를 통해 기술을 교류하였다 (그림 18). 이와 같은 향상된 기술 성숙도를 바탕으로, 다양한 시계 혹은 헬스 밴드 업체와 지속적으로 교류를 확대할 계획에 있다.

(출처 : 국문 요약문 7p)

Abstract ▼

■ Research Objective
The purpose of this research is "production and commercialization of wearable secondary battery prototype for high energy density smart watch". In this year's research, we aim to achieve the final goal of the research based on the accumulated technology in the first year (Fig

■ Research Objective
The purpose of this research is "production and commercialization of wearable secondary battery prototype for high energy density smart watch". In this year's research, we aim to achieve the final goal of the research based on the accumulated technology in the first year (Figure 1). The detailed strategy are as follows; 1) achieving external certification and mass production of the developed wearable rechargeable batteries, 2) diversifying wearable rechargeable batteries to multiple products

■ Research Methods
This project is aiming for the commercialization and is at the verification through external certification. In the technical research perspective, detailed processes were taken care of; electrode plate coating, pressing, welding, electrode stacking process, etc. In the commercialization perspective, the developed cells were certified based on the accumulated technologies. In addition, we will diversify product specifications to supply a variety of items, including smart watches and bands, and will also seek to accelerate the commercialization of our research results through cooperation with global IT companies.

■ Research Results
(1) Technical Results
1) Optimization of mass-production process for wearable Li-ion batteries
We have succeeded in manufacturing secondary cell electrodes for high active material densities by introducing a high-speed rotary mixer process which can increase the solid content in the slurry. Finally, a wearable secondary battery with a high energy density at the commercial level was fabricated through electrode stacking, welding and foaming, electrolyte injection, and vacuum sealing.

2) External public authentication of wearable secondary battery performance for commercialization
We have completed various accredited certification evaluations for the watchstrap-type Li-ion batteries produced through the optimization of the production process. The charge-discharge characteristics based on C-rates and various temperatures were evaluated. It was confirmed that the rechargeable battery manufactured in this study exhibited excellent performance compared to the conditions required for accredited certification. Also, the electrochemical performance evaluation under mechanical deformation was carried out. As a result of the evaluation, it was confirmed that the watchstrap-type Li-ion battery of this study had stable charging / discharging characteristics even under the most frequently occurring repetitive bending motion in a wristwatch.

■ Commercialization and industrial results
1) Diversification of product specifications for the supply of various smart watches / bands
In this study, wearable secondary batteries of different shapes and sizes were fabricated for application to various smart watches / bands. The fabricated secondary battery was applied to the device to test the compatibility with commercial devices including the operation; moreover, the stability of the wearable device was confirmed.

2) Technology promotion for global IT companies through collaboration with KAIST Global Business Association
The accomplishments in this study, which has been externally certified, are in process for technical agreements and promotion for various global IT companies. For example, Huawei, a large Chinese IT company, signed the Non-Disclosure Agreement (NDA) and negotiated the development specifications. In the US, Fossil (NDA signature and meeting of interoperability requirements), and APPLE (under review of the NDA) are also under discussion. It is expected that the cooperation between major companies will make a significant contribution to expediting and commercializing the research results.

(출처 : SUMMARY 2p)

목차 Contents

• COVER ... 1
• Summary ... 2
• 국문 요약문 ... 7
• 1. Research Purpose ... 12
• 2. Research Target and Achievement ... 13
• 3. Research Method ... 14
• 4. Research Results ... 18
• (1) Outcome results ... 18
• (2) Further research required ... 30
• (3) Findings deserve the press ... 30
• 5. Research Outcomes ... 31
• (1) Publication ... 31
• (2) Conference presentation ... 31
• (3) Patents ... 32
• (4) Creation of New Big Project ... 33
• 6. Total Research Output ... 34
• 붙임 : 국문보고서 ... 35
• 1. 연구목적 ... 35
• 2. 연구목표와 성과 ... 36
• 3. 연구방법 ... 38
• 4. 연구결과 및 고찰 ... 42
• 5. 연구결과물 발표실적 ... 55
• 6. 연구실적 종합표 ... 58
• End of Page ... 58