초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
- 본 연구의 최종 목표는 “IV족계 화합물로 이루어진 고성능 리튬이차전지용 합금계 전극소재의 개발”이다. 이의 실현을 위한 구체적인 세부 목표는 아래와 같다.
· IV족계 화합물 소재의 결정학적 구조 조사, 합성 및 기초 전기화학 성능 데이터베이스 구축
· IV족계 화합물 음극소재의 리튬과의 반응메커니즘 조사 및 최적의 화합물 음극 소재 확보
· 다차원 구조의 IV족계 화합물 소재의 추가 개질을 통한 고용량/고효율 리튬 이차전지용 음극소재 확보

□ 연구결과
-

□ 연구의 목적 및 내용
- 본 연구의 최종 목표는 “IV족계 화합물로 이루어진 고성능 리튬이차전지용 합금계 전극소재의 개발”이다. 이의 실현을 위한 구체적인 세부 목표는 아래와 같다.
· IV족계 화합물 소재의 결정학적 구조 조사, 합성 및 기초 전기화학 성능 데이터베이스 구축
· IV족계 화합물 음극소재의 리튬과의 반응메커니즘 조사 및 최적의 화합물 음극 소재 확보
· 다차원 구조의 IV족계 화합물 소재의 추가 개질을 통한 고용량/고효율 리튬 이차전지용 음극소재 확보

□ 연구결과
- 2차원 층상구조 및 3차원 채널구조를 가진 IV족계 화합물 소재 조사
- 다양한 IV족계 화합물 소재의 합성 및 기초 전기화학 성능 데이터베이스 구축
- IV족계 화합물 소재의 리튬과의 반응메커니즘 조사
- IV족계 화합물 소재의 전기화학 성능 및 반응메커니즘 분석을 통한 최적의 후보 물질 선정.
- 1,2차년도를 통해 제조된 최적의 후보군에서 추가 개질을 통한 고성능 IV족계 화합물 나노복합체 리튬이차전지용 음극소재 제조 및 전기화학 성능 확보
- 리튬이차전지용 IV족계 화합물 음극 소재를 위한 신개념 및 신나노기술 확립
- 고성능 인터칼레이션 IV족계 화합물 전극소재 확보
· 초기가역용량 500 mAh/g 이상 및 100회 충방전시 초기 가역용량의 90%이상 유지
- 고성능 IV족계 화합물 나노복합체 전극소재 확보
· 초기가역용량 900 mAh/g 이상 및 초기효율 80%이상
- SCI 논문 11건 게재 (ACS Nano 2건, J. Mater. Chem. A 2건, ACS Appl. Mater. Interfaces 2건 등 SCI 상위 10%이내 8건 포함)
- 국내 특허 11건 출원 및 5건 등록

□ 연구결과의 활용계획
본 연구에서는 최적의 전기화학적 성능을 갖는 IV족계 화합물 전극 소재를 그동안 본 연구팀에서 축적한 노하우를 바탕으로 합성하였고, 전극 소재 자체 뿐 만 아니라, 여러 분석 기구를 이용하여 반응 메커니즘을 명확히 밝혀 열화기구 또한 밝혔다. 특히, 본 과제에서는 대표적인 IV족계 화합물 전극 소재를 합성하여 전기화학적 기초 성능 및 반응메커니즘(Insertion/Conversion reaction)을 다양한 분석 기기들을 이용 및 분석하여 최적의 데이터베이스를 구축하였으며, 이렇게 구축된 IV족계 화합물 음극 소재의 전기화학적 데이터베이스는 향후 유사 연구를 진행하는 데 있어 많은 도움을 줄 수 있으며, 과학적이고도 체계적으로 구축된 데이터베이스는 본 연구의 질적, 양적 팽창을 가능케 하여, 리튬이차전지 관련 연구 전반에 큰 영향을 미칠 수 있을 것이다. 또한, 학문적, 기술적, 경제산업적, 사회문화적으로 그 파급효과는 엄청나 미래 삶의 핵심 소재로 각광받을 수 있을 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose& contents
This research aims to develop the IV group-based compound electrodes for high performance Li-ion batteries. For the realization of the high-performance alloy-based compound electrodes, the details are following.
· Construction of databases for structure, synthesis, and basi

□ Purpose& contents
This research aims to develop the IV group-based compound electrodes for high performance Li-ion batteries. For the realization of the high-performance alloy-based compound electrodes, the details are following.
· Construction of databases for structure, synthesis, and basic electrochemical properties for IV group-based compound electrodes
· Construction of a databases for electrochemical reaction mechanisms
· Development the V group-based high-performance compound electrodes by preparation of nanostructured composite

□ Result
- Investigation of 2D and 3D crystalline structured IV group-based compounds
- Construction of databases for structure, synthesis, and basic electrochemical properties for IV group-based compound electrodes
- Construction of a databases for electrochemical reaction mechanisms
- Development of new concept and nanotechnology for the V group-based high-performance compound electrodes
- High-performance IV group-based intercalating compound electrodes (High reversible capacity of above 500 mAh/g and capacity retention of ca. 90% after 100 cycling)
- High-performance IV group-based nanocomposite electrodes (High initial coulombic efficiency of above 80% and High reversible capacity of above 900 mAh/g)
- Many SCI papers: 11 publications (ACS Nano 2, J. Mater. Chem. A 2, ACS Appl. Mater. Interfaces 2, and so on.)
- Patent publication/registration: 11 publication / 5 registration

□ Expected Contribution
We developed high-performance IV group-based compound electrodes for rechargeable Li-ion batteries. Firstly, various IV group-based compounds were synthesized by solid-state synthesis methods and their electrochemical performances were tested. Additionally, their electrochemical reaction mechanisms were thoroughly investigated various ex-situ analytical methods. On the basis of the reaction mechanism and electrochemical performances for the IV group-based compound electrodes, we constructed optimized data-base. The database for IV group-based compound electrodes will be very useful to researches on Li-alloy based anodes for high-performance Li-ion batteries. Additionally, IV group-based compound electrodes for Li-ion batteries will be a key material of future batteries.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 18
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 19
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 19
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 20
• 8. 참고문헌 ... 20
• 9. 연구성과 ... 21
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 28
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 28
• 12. 기타사항 ... 28
• 별첨1. 대 표 연 구 실 적 ... 29
• 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 44
• 끝페이지 ... 49