초록 ▼

□ 연구개요
- 소형 전자기기 대중화에 따라 리튬 배터리의 용량개선 및 부피, 무게 감소를 위해 전극면적을 증가시켜 전자의 이동도와 용량을 모두 개선하는 방안으로 3차원 마이크로 배터리를 고안하였다. 3차원 마이크로 배터리는 용량의 증가뿐만 아니라 rate performance, round-trip efficiency 또한 월등히 향상된 특성을 가지고 있으므로 본 연구개발의 필요성이 대두되었다. 3차원 마이크로 배터리를 제작하기 위해서는 conformal한 step coverage를 가지는 것이 필수적이며 이를 만족시킬 수 있

□ 연구개요
- 소형 전자기기 대중화에 따라 리튬 배터리의 용량개선 및 부피, 무게 감소를 위해 전극면적을 증가시켜 전자의 이동도와 용량을 모두 개선하는 방안으로 3차원 마이크로 배터리를 고안하였다. 3차원 마이크로 배터리는 용량의 증가뿐만 아니라 rate performance, round-trip efficiency 또한 월등히 향상된 특성을 가지고 있으므로 본 연구개발의 필요성이 대두되었다. 3차원 마이크로 배터리를 제작하기 위해서는 conformal한 step coverage를 가지는 것이 필수적이며 이를 만족시킬 수 있는 ALD를 사용하여 공정을 개발하는 것을 목표로 두었다. Li을 주원소로 이성분계 이상의 ALD 공정을 개발하여 배터리 영역뿐만 아니라 다양한 분야에서 응용될 수 있도록 하는 것을 또 다른 목표로 두었다.

□ 연구 목표대비 연구결과
- ALD를 이용한 리튬계 화합물(리튬계 산화물, 리튬계 황화물) 증착 공정 개발이라는 목표를 달성하여 3차원 마이크로 배터리 구현을 위한 원천기술을 확보하였다. 또한 90℃의 저온 공정을 개발하여 thermal budget의 최소화를 통해 다양한 물질에 대한 증착 가능성을 확인하였다. 본 기술을 바탕으로 LiCoO₂와 같은 양극재 ALD 공정을 개발하여 3차원 구조인 metal foam에서의 증착 성공을 통해 3차원 나노구조체상에 원활한 증착이 이루어졌다는 사실을 증명하였다. 추가적으로 더 나은 특성을 얻기 위해 noble metal로 이루어진 금속 집전체를 3D 구조에서 증착시키는 연구 또한 진행하여 전극의 성능 열화를 최소화함으로써 우수한 연구결과를 도출하였다. 이를 통해 ALD공정을 이용하여 마이크로 배터리를 위한 양극재, 음극재, 고체전해질 및 도전재 형성 원천기술을 확보했다.
- 연구를 통해 개발한 기술들을 활용하여 hetero-junction 조절 기술과 Li 화합물 증착 기술을 응용해 마이크로 배터리뿐만 아니라 메모리소자 및 sensor 등과 같은 다양한 분야와의 접목을 통해 논문, 특허 등의 연구개발실적을 취득하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
● 차세대 배터리 물질 증착 원천기술 확보
- 현재 국내에서 ALD를 이용한 리튬계 화합물 박막을 연구하는 그룹은 거의 전무한 상황으로서, 더 나아가 입자상에 ALD 기술을 적용한 경우는 완전히 부재한 상태. 미래 배터리 시장을 대비하기 위해서는 원천기술 확보가 필수적이다.
- 리튬계 화합물 및 전도체 증착으로 전고체 마이크로 배터리의 안정성, 이온 전도성 및 전기 전도성을 획기적으로 향상하고, 해당 기술 분야를 선도할 수 있을 것으로 기대됨. 뿐만 아니라 상용 LIBs에 응용하여 전해질 및 양극재/음극재에 적용 시 높은 성능 및 안정성을 확보 가능하다.
- 원자층 증착공정으로 이종의 물질을 적층하는 기술을 바탕으로 리튬계 화합물 외에도 hetero-junction을 가지는 물질 해석 기술을 개발하였으며 마이크로 배터리 분야 외의 메모리, 센서 기술 등 다양한 분야에 파급력을 가진다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• (1) 1차년도(2017) ... 4
• (2) 2차년도(2018) ... 7
• (3) 3차년도(2019) ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 12
• 4. 참고문헌 ... 13
• 5. 연구성과 ... 13
• 대표적 연구실적 ... 16
• 끝페이지 ... 25