초록 ▼

□ 연구개요
현재 리튬이차전지는 하이브리드 전기자통차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)에 실제 적용되고 있으며 이를 위해서 높은 용량, 긴 수명, 그리고 안전성 확보가 반드시 필요하다. 하지만 현재 리튬이차전지에서 리튬이온의 이동을 위해 사용하는 유기전해액의 과열 및 과충전 상태에서 폭발의 위험성을 가지고 있기에 높은 안전성을 가진 고체전해질로의 대체가 시급하다. 또한, 전극과 전해질의 성능향상이 이루어지면서 가용에너지 손실의 원인인 계면 저항이 감소된 에너지 저장 장치의 개발이 요구되고 있다. 이에 본 연

□ 연구개요
현재 리튬이차전지는 하이브리드 전기자통차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)에 실제 적용되고 있으며 이를 위해서 높은 용량, 긴 수명, 그리고 안전성 확보가 반드시 필요하다. 하지만 현재 리튬이차전지에서 리튬이온의 이동을 위해 사용하는 유기전해액의 과열 및 과충전 상태에서 폭발의 위험성을 가지고 있기에 높은 안전성을 가진 고체전해질로의 대체가 시급하다. 또한, 전극과 전해질의 성능향상이 이루어지면서 가용에너지 손실의 원인인 계면 저항이 감소된 에너지 저장 장치의 개발이 요구되고 있다. 이에 본 연구에서는 우수한 성능을 가진 PTh 유도체 기반 양극과 음극, 고체 전해질을 개발 및 적용하여 전극과 전해질 사이의 계면을 없앤 완전히 새로운 시스템의 리튬이차전지를 개발한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
에너지 밀도와 용량 개선을 위해 PTh 유도체를 공중합하여 소재 균일성을 지닌 고분자 합성을 통해 기존의 흑연을 대체하는 372mAh/g 이상의 용량을 가지는 음극 소재 개발을 완료하였다. 이는 상용가능한 전기전도도와 우수한 전기화학적 안정성을 가져 중대형 전 고체 고분자 전지의 음극재로 사용하기에 적합할 것으로 판단된다. 또한 가연성, 부식성, 열적 불안정성 등의 단점을 가진 유기 전해액 대신 더욱 안전하고 장수명을 보이는 고체 전해질을 개발하기 위해 전기전도도, 이온전도도 그리고 가공성을 만족 시키는 thiophene 유도체인 3,4-ethylene dioxy thiophene을 oligomer 형태로 합성하여 사용하였으며 전기화학적 특성을 평가하였다. 그 후 thiophene 유도체를 이용해 양극물질에 p형 도핑 된 PEDOT을, 음극물질에 n형 도핑된 poly(EDOT-co-DMTP)를 도입하고, thiophene 유도체를 통해 제작한 고체 전해질을 적용하여 cell을 제작하고 사이클 특성을 평가하였다. 제작한 cell은 양극의 경우 첫 회 사이클 용량 82mAh/g을 보였고 쿨롱효율은 89%를 보였다. 음극의 경우 첫 회 사이클 용량 197mAh/g을 보였고 쿨롱효율은 87%를 보였다. 또한 동종의 물질을 사용함으로써 초기 IR drop에서 완만한 곡선을 보여 계면 저항의 감소가 일어났음이 판단된다. 본 연구를 통해 순수 고분자 고체로 제작된 half cell 이지만 용량이나 사이클 특성에서 전지로써 의미 있는 특성을 보인 것을 확인하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
전도성 고분자를 전극물질로 사용하면 하나의 재료로 전기 전도성과 전지 용량을 모두 얻을 수 있고 유연성, 친환경성, 안전성, 구조 설계 자유도, 낮은 가격이라는 기존 재료와 차별되는 장점들을 확보할 수 있었다. 또한 고체 고분자 전해질은 필름형태로의 제작을 통한 형상의 자유성, 코팅을 통한 박막 성형성 및 고밀도 에너지화, 합리적인 가격뿐만 아니라 전해질이 분리막의 역할도 하므로 분리막이 필요 없어 비용절감과 공정의 단순화가 가능한 장점을 가진다. 본 연구에서 제작한 동종의 전도성 고분자를 이용하여 전극과 전해질 사이의 계면을 없앤 완전히 새로운 시스템의 리튬이차전지 half cell은 계면에 의해 저하되는 에너지 효율을 극복함으로써 안전성과 우수한 성능을 모두 겸비한 차세대 전지로 각광받을 것이라 예상된다. 더불어 전기자동차용 전지의 안정성과 가격문제, 고출력 사용 시 가용에너지의 손실문제가 크게 대두되고 있는 현 시점에서 본 연구는 큰 중요성을 갖는다고 할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 3.1 사이오펜 유도체 기반 공중합체 음극재 ... 4
• 3.2 사이오펜 유도체 기반 고체 고분자 전해질 소재 ... 5
• 3.3 Coin cell 제작 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 7
• 4. 참고문헌 ... 8
• 5. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 9