초록 ▼

4차 산업혁명시대가 진행됨에 따라 전기저장장치는 대용량, 급속충전이 필요하게 되는데, 본 연구에서는 이에 대응하는 새로운 전지기술을 개발하는 것이다. 전지를 구성하는 기본요소 중에는 전극이 있다. 전극 내에는 활물질, 도전재, 바인더로 되어있는데 여기에 촉매를 도입함으로써 전지의 전류율특성을 향상하고자하였다. 고속 전류율 (20C)에 기준으로 하여 20-70 mA/g 에서 130 mA/g으로 증대되었다. 또한, 20C에서 사이클을 함으로써 방전 용량이 감소하는 형태에서 유지되는 경향을 보여주었다.
이 결과는 초기 용량에 비하여

4차 산업혁명시대가 진행됨에 따라 전기저장장치는 대용량, 급속충전이 필요하게 되는데, 본 연구에서는 이에 대응하는 새로운 전지기술을 개발하는 것이다. 전지를 구성하는 기본요소 중에는 전극이 있다. 전극 내에는 활물질, 도전재, 바인더로 되어있는데 여기에 촉매를 도입함으로써 전지의 전류율특성을 향상하고자하였다. 고속 전류율 (20C)에 기준으로 하여 20-70 mA/g 에서 130 mA/g으로 증대되었다. 또한, 20C에서 사이클을 함으로써 방전 용량이 감소하는 형태에서 유지되는 경향을 보여주었다.
이 결과는 초기 용량에 비하여 용량 (185 mA/g --> 130 mA/g)로 줄어들었지만 고속 전류-율에서도 안정적으로 용량을 유지한다는 것이다.

전류율 0.1C, 0.2C, 1C, 2C, 3C, 5C, 10C, 20C의 충방전 전류율 특성을 조사해본 결과 특히 20C조건에서 130mA/g의 방전용량으로 이 값은 5회의 충방전 사이클 동안에 안정적이고 촉매물질이 없는 경우에 비하여 높은 방전특성을 보여주고 있다.

활물질(NCM622, Ni-Co-Mn) 주변에 촉매(LLZO, 대표적인 원소 La, EDX 결과)가 분포되어 있는 것을 SEM으로 확인하였다. 도전재 카본(SPB)는 확인하기 난해(SEM-EDX)하나 충분히 분산되어 있을 것으로 생각된다. 이는 급속충전에 촉매가 영향을 준다는 것을 알 수 있다.

촉매 LLZO 함량(0, 1, 2, 3, 4, 5wt%)을 변화시킨 전극과 코인형 전지를 제작하고 충방전용량을 시험한 결과 5wt%에서 상대적으로 높은 방전용량을 보여주었다.

촉매를 도입하여 흑연전극의 충방전 특성을 개선하고자 음극을 제조하여 코인형 전지를 제작하여 충방전 특성을 조사하였다.

음극활물질인 흑연에 촉매를 도입하여 전극을 제조하였는데, 촉매의 함량(3 wt%)의 경우 2C 영역에서 기존흑연전지에 비하여 촉매포함전지가 상대적으로 방전 사이클이 평탄하다. 이는 흑연활물질에 기계적으로 촉매가 박혀 리튬이온통로를 형성한 것으로 생각된다.

3차원 집전체를 갖는 후막전극(~350μm, 로딩: 14.21 mg/cm²)을 갖는 리튬전지를 제작하였는데 초기 충방전 용량(mA/g)비는 198.22/181.39(91.5%)을 얻었다. 또한 촉매와 3차원 집전체를 갖는 전극(로딩 5.68 mg/cm²)을 제조하였고, 초기 충방전 용량비는 177.59/175.87을 얻었다.

앞으로의 연구는 바인더의 미시구조적으로 형상(0차원, 1차원,)을 바꾸어, Li+ 이동경로를 확보할 수 있는 촉매재와 3차원 집전체에 대한 연구이며, 리튬이나 도전재를 통하여 리튬이온과 전자의 이동이 용이할 것이라고 예상됨으로 이 분야의 심도 있는 연구가 필요하다.

(출처 : 초록 3p)

Abstract ▼

This research is to develop new battery technology as the era of the fourth industrial revolution progresses and the need for high capacity and rapid charging of electric storage. Among the basic elements that make up a battery, electrodes are made of live matter, challenging material, and binder, w

This research is to develop new battery technology as the era of the fourth industrial revolution progresses and the need for high capacity and rapid charging of electric storage. Among the basic elements that make up a battery, electrodes are made of live matter, challenging material, and binder, where the catalyst was introduced, increasing from 20-70 mA/g to 130 mA/g based on the battery's high speed current rate (20C). Also, by cycling at 20C, the discharge capacity was showed to be a tendency for reduction. In the case of novel electrode, the capacity was maintained at 130mA/g, current-rate, although reduced to 185 mA/g --> 130 mA/g compared to the initial capacity.

The capacity of charge/discharge in the change of 0.1C, 0.2C, 1C, 2C, 3C, 5C, 10C and 20C are investigated, and found to have a discharge capacity of 130 mA/g, especially under the 20C condition. Such a value shows a higher discharge characteristic than that in the case of no catalysts, also, stable during the five charging cycles.

It has been confirmed that catalysts (LLZO, representative element La, EDX-results) are distributed around AM (NCM622, Ni-Co-Mn). It is thought that the conductive carbon (SPB) was well distributed. Such distribution of catalysts shows to affect rapid charging.
High discharge capacity was relatively at 5wt% in the change of the catalyst LLZO content (0, 1, 2, 3, 4, 5wt%).

The discharging characteristics of graphite electrodes was improved by introducing a catalyst in graphite electrode. In the case of the content of a catalyst (3 wt%), the discharge cycle was relatively stable in comparison with conventional graphite batteries at 2C. This is thought that mechanically catalyzed graphites have novel lithium-ion pathway.

Lithium batteries with a 3-D current collector (~350 μm, loading: 14.21 mg/cm2) were produced, having initial charge capacity (mA/g) ratio was 198.22/181.39 (91.5%). In addition, test cell (loading 5.68 mg/cm2) with catalyst and 3D current collector were prepared, having the initial charge capacity ratio was 177.59/175.87.

Future research is to do catalysts and 3D currents that can change the microstructural shapes of binders (zero-dimensional, one-dimensional, etc) to create novel Li+ pathways, and an in-depth study in this field is expected to provide the movement of lithium ions and electrons through electrodes.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• S U M M A R Y ... 5
• C O N T E N T S ... 6
• 목차 ... 7
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 8
• 제 1 절 연구개발의 개요 및 필요성 ... 8
• 제 2 절 연구개발의 범위 ... 11
• 제 2 장 국내외 기술개발현황 ... 12
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 14
• 제 1 절 신(新) 전도 통로를 갖는 LIB 전지기술 및 충방전 특성평가 ... 14
• 제 2 절 촉매 함량에 따른 Graphite cell 특성 평가 ... 23
• 제 3 절 활물질의 신(新) 전도 통로를 갖는 전극 기술 ... 26
• 제 4 절 고도화가 필요한 신(新)전도 통로 기술(종합) ... 32
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 34
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 36
• 제 1 절 연구결과활용 계획 ... 36
• 제 6 장 참고문헌 ... 37
• 끝페이지 ... 37