초록 ▼

○ 연구개요
에너지 저장장치로서 리튬기반 이차전지의 수요가 크게 증가하고 있으나 에너지/출력 밀도(전기차 주행거리 및 충전시간/출력 척도) 및 안정성 등과 같은 한계 성능에 대한 돌파기술의 개발이 요구되고 있음. 따라서 본 연구에서는 이에 부합하는 차세대 고용량 전극소재와 새로운 이차전지 시스템 개발을 목표로 함. 구체적으로 (1) 산업계 요구에 부합하는 물성과 고용량 특성을 갖는 실리콘-기반 음극소재를 개발하여 기존 리튬 이차전지의 에너지 및 출력밀도를 크게 향상시키고자 하였음. 본 연구를 통해 부피팽창의 제어가 가능한 다공

○ 연구개요
에너지 저장장치로서 리튬기반 이차전지의 수요가 크게 증가하고 있으나 에너지/출력 밀도(전기차 주행거리 및 충전시간/출력 척도) 및 안정성 등과 같은 한계 성능에 대한 돌파기술의 개발이 요구되고 있음. 따라서 본 연구에서는 이에 부합하는 차세대 고용량 전극소재와 새로운 이차전지 시스템 개발을 목표로 함. 구체적으로 (1) 산업계 요구에 부합하는 물성과 고용량 특성을 갖는 실리콘-기반 음극소재를 개발하여 기존 리튬 이차전지의 에너지 및 출력밀도를 크게 향상시키고자 하였음. 본 연구를 통해 부피팽창의 제어가 가능한 다공성 실리콘을 제조하여 고용량에서 수명특성이 우수한 다공성 실리콘/탄소 복합체 제조기술을 개발하였음. 동시에 (2) 개발된 고용량 실리콘-기반 음극소재를 이용한 고에너지 완전지를 제작하고 평가하였음. 아울러 황-기반 양극소재의 제조기술을 개발하고 개발된 실리콘 음극과 결합하여 리튬 금속의 사용이 배제되고 장수명 특성 확보에 유리한 차세대 고에너지 저장용 실리콘(음극)-황(양극) 이차전지 시스템을 효과적으로 구현하기 위한 핵심 요소기술을 개발하였음.

○ 연구 목표대비 연구결과
1) 고용량 실리콘-기반 음극소재 설계 Scheme 개발
- 다공성 제올라이트의 Mg 환원법(Mg reduction, MR)으로 다공성-실리콘 입자 제조
- 고수율 고순도의 다공성-실리콘 입자 제조법 탐색
☞ 제올라이트의 MR 반응의 조건별 메커니즘 규명
☞ 새로운 고순도 고수율 다공성 실리콘 제조법 개발 (세계 최고수준 수율 달성)
2) 다공성 실리콘/탄소복합체 제조 및 음극소재 특성 연구
- 다공성-실리콘/탄소 복합체의 특성 분석
- 다공성-실리콘/탄소 복합체 음극의 half-cell 전기화학적 특성 연구
(세계 최고수준 수명특성 확보)
3) 다공성 실리콘/탄소 복합체 이용 완전지 설계 및 성능검증 연구
- 다공성-실리콘/탄소 복합체를 이용한 full-cell 설계 및 전기화학 특성 연구
- 흑연음극 완전지와 비교 연구, 중량/부피 에너지밀도 계산연구
4) 황-기반 고용량 양극 합성법 개발 및 실리콘(음극)-황(양극) 이차전지 시스템 구현
- 황 담지체에 고분산 황 담지법 개발
- 고분산 황-탄소 복합체의 전기화학 특성 연구

○ 연구개발결과의 중요성
1) 고용량 실리콘 음극소재 개발의 난제인 부피팽창에 따른 문제를 해결하기 위해 저가로 대량생산되고 있는 제올라이트를 원료로 다공성 실리콘 입자를 고수율 및 고순도로 제조하는 기술을 개발함(특허 출원 중).
2) 다공성 실리콘/탄소 복합체는 부패팽창이 적어 고용량에서 수명특성이 매우 우수하고 NCM양극과 완전지를 평가한 결과 흑연 음극사용 대비 부패에너지 밀도가 50% 이상 향상되는 결과를 얻어 상업화 가능성을 입증함.
3) 특히 다공성 실리콘을 높은 수율로 제조가 가능한 회전식 MR 법을 최초로 개발하여 특허를 출원한 바, 원천기술의 확보가 가능할 것으로 기대됨. 현재 이차전지 소재분야에서 국제 경쟁력이 매우 열등한 음극소재 분야의 핵심 기술을 개발함으로써 개발된 기술을 관련 산업체에 기술이전을 적극 추진하여 상업화 기반을 확보함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구의 필요성 ... 4
• 2) 연구의 목표 및 내용 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 1) 고용량 실리콘-기반 음극소재 설계 Scheme 개발 ... 6
• 2) 다공성 실리콘/탄소 복합체 제조 및 음극소재 특성 연구 ... 8
• 3) 다공성 실리콘/탄소 복합체 이용 완전지 설계 및 성능검증 연구 (2-3차 년도 연구) ... 11
• 4) 황/탄소 양극 제조법 연구 및 실리콘(음극)-황(양극) 이차전지 시스템 구현(2-3차 년도 연구) ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 13
• 5. 연구성과 ... 14
• 대표적 연구실적 ... 19
• 끝페이지 ... 33