초록 ▼

□ 연구개요
이차전지의 급속충전 시에는 흑연계 음극에서 부반응으로써 리튬의 전착반응이 발생하게 되는데 이러한 흑연음극에서의 전착반응을 분석하고 이를 제한하는 방법을 적용하여 전지의 급속충전 특성을 향상시키고자 한다. 이를 전기화학적 방법을 기반으로 분석하고 검출이 가능한 분석방법 개발 및 이를 통하여 전지의 성능 및 안전성을 저해하는 전착반응을 억제할 수 있는 방법을 구현함으로써 전지의 구동조건을 확장하여 급속충전 및 저온에서도 사용가능할 수 있도록 한다. 또한, 전착된 리튬의 발생시키는 문제점을 파악하고 개선하여 전착을 억제

□ 연구개요
이차전지의 급속충전 시에는 흑연계 음극에서 부반응으로써 리튬의 전착반응이 발생하게 되는데 이러한 흑연음극에서의 전착반응을 분석하고 이를 제한하는 방법을 적용하여 전지의 급속충전 특성을 향상시키고자 한다. 이를 전기화학적 방법을 기반으로 분석하고 검출이 가능한 분석방법 개발 및 이를 통하여 전지의 성능 및 안전성을 저해하는 전착반응을 억제할 수 있는 방법을 구현함으로써 전지의 구동조건을 확장하여 급속충전 및 저온에서도 사용가능할 수 있도록 한다. 또한, 전착된 리튬의 발생시키는 문제점을 파악하고 개선하여 전착을 억제할 뿐만 아니라 부분적으로 발생되는 전착으로 인한 전지의 퇴화거동을 파악하여 그 특성도 동시에 개선할 수 있는 방법을 마련한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 리튬의 전착이 발생되는 조건에 대하여 전기화학 분석을 중심으로 다양하게 분석하고 이에 대한 영향을 주는 인자를 파악하였다. 흑연전극을 기반으로 정전류 충방전, 정전류 과충전에서 나타나는 전압곡선의 형태를 기반으로 전착과 탈리반응을 이해하고, 전착량을 고찰하였으며, 리튬전착 시의 거동을 해석하였다. 또한 GITT 방법을 사용하여 흑연전극에서 발생하는 전압곡선이 리튬의 전착에 기인함을 재확인하였고, 이를 통하여 리튬의 삽입반응과 전착반응에서의 분극정도를 비교하였다. 그리고 펄스전류를 사용하여 펄스저항의 변화를 전류 크기에 대해 비교하며, 이때 나타나는 voltage transient를 관찰함으로써 펄스입력 시에 리튬전착을 관측할 수 있는 방안을 마련하였다. 이와 같은 방법을 기반으로 전해액 첨가제의 적용 시에 변화되는 특성을 비교하였고, 전해액 첨가제 사용을 통한 피막저항 감소가 리튬의 전착을 완전히 해소할 수는 없더라도 완화시킬 수 있음을 확인하였다. 또한 전극의 기공도 및 전극조성, 표면처리 등 다양한 전극조건에 대해서 동일한 측정을 진행한 결과 그 차이가 크지 않아서 이러한 방식으로 리튬의 전착을 해소하는 것은 용이하지 않음을 확인하였다. 또한 SiO 등 다양한 음극재료의 특성을 개선하고 평가법을 적용하였으며, 리튬전착 특성이 흑연 단독이나 복합물질이나 큰 차별성은 발견되지않았다. 리튬의 전착을 해소하기 위한 가장 효과적인 방법은 전해액 및 첨가제의 활용인 것으로 예상되었다.

□ 연구개발결과의 중요성
리튬의 전착으로 인한 전지의 열화거동에 대한 이해도 부족하고, 동시에 이로 인한 전착의 가속화 과정도 연구가 충분히 이루어지지 않았기 때문에 새로운 이슈에 대한 접근방향을 제시하여 전극구성, 전해질 등 전지의 구성요소 및 설계요소에 따르는 거동특성을 비교분석하여 주요인자를 확인하고, 개선함으로써 전지의 구동환경을 확장하고 이의 신뢰성을 높일 수 있도록 한다. 또한 이러한 기술을 기반으로 다양한 환경에서 사용되는 전지의 기술수준을 높임으로써 급속충전, 저온충전 등이 가능하여 이의 시장의 확장을 도모한다. 새로운 차세대 전극소재에 대한 기본원리를 이해하는데 도움을 줄 뿐만 아니라, 이러한 소재가 적용된 전지의 성능 최적화 방안을 제공하고 이를 전지에 적용하기 위한 효율적인 방식을 확보함으로 친환경 전기자동차 및 대용량 전력저장 등 다양한 새로운 용도의 전지 산업에 기여하여 보급을 확대하고, 다른 응용분야로의 적용을 확대할 수 있는 기반 기술에도 기여한다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 16
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 38
• 4. 참고문헌 ... 40
• 5. 연구성과 ... 42
• 끝페이지 ... 43