초록 ▼

- 본 과제에서는 In-situ 인프라 구축을 통한 리튬금속 반응메커니즘 고도분석기술개발을 목표로 하고 있음. 이를 위해 Ex-situ, In-situ 분석을 통한 리튬금속전극의 원자 수준 특성 연구, 단면 시편 제작 및 리튬 이온 분포 이미징 기술, 전해액 종류에 따른 리튬 전착 표면 XPS 분석 기술, 실시간 충방전 과정동안 발생하는 전지 시스템에서의 국부적 형상 변화 관찰, In-situ XRD를 활용한 구조 변화 연구를 수행하였음.
- 본 과제에서는 이론적/실험적 전기화학 기법을 활용하여 고입출력이 가능한 공간구조형 리

- 본 과제에서는 In-situ 인프라 구축을 통한 리튬금속 반응메커니즘 고도분석기술개발을 목표로 하고 있음. 이를 위해 Ex-situ, In-situ 분석을 통한 리튬금속전극의 원자 수준 특성 연구, 단면 시편 제작 및 리튬 이온 분포 이미징 기술, 전해액 종류에 따른 리튬 전착 표면 XPS 분석 기술, 실시간 충방전 과정동안 발생하는 전지 시스템에서의 국부적 형상 변화 관찰, In-situ XRD를 활용한 구조 변화 연구를 수행하였음.
- 본 과제에서는 이론적/실험적 전기화학 기법을 활용하여 고입출력이 가능한 공간구조형 리튬금속 음극에서의 반응 메커니즘 연구를 목표로 하고 있음. 이를 위해 time-resolved 전기화학 모델링 개념을 개발하여 3D 구조체 디자인 인자별 모델링 및 핵심 구조 설계 인자를 도출하였음. 또한 전기화학 해석 기법을 활용하여 리튬금속 전극 전기화학적 활성 미세구조를 분석하였으며, 핵심 성능 결정 인자 도출 및 소재/전극 반응 메커니즘을 확립하여 수명 향상 방안을 도출하였음.

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

IV. Results
- Completed construction of a specimen transmission system for in-situ physical property analysis, an in-situ analysis system (Solid NMR, XRD, Operando OM), and an imaging system (Nano-SIMS) for lithium ion distribution analysis for pretreatment of non-atmospheric specimens. Developed

IV. Results
- Completed construction of a specimen transmission system for in-situ physical property analysis, an in-situ analysis system (Solid NMR, XRD, Operando OM), and an imaging system (Nano-SIMS) for lithium ion distribution analysis for pretreatment of non-atmospheric specimens. Developed a lithium storage form and a quantitative analysis method of lithium metal using solid NMR. In addition, we developed a sample pretreatment method and imaging analysis method using Nano-SIMS, and a structural change analysis method that occurs during the charging/discharging process using In-situ XRD. Finally, XPS was used to derive a method for analyzing the composition of the metal surface and the state of chemical bonding during lithium electrodeposition.
- Using solid NMR, an analysis method was derived for quantification of the electron value of lithium ions, changes in motion, metallicity and non-metallicity of the lithium metal electrode, and determination of the lithium storage type.
- Using Nano-SIMS, we developed a 3D storage cross-section specimen fabrication and cross-sectional element distribution imaging technology, and resulted in improved sample preparation methods.
- Using XPS, a method of analyzing the chemical bonding state of each element by the electrolyte component and electrolyte type present on the surface of the lithium electrodeposition electrode was derived.
- In-situ XRD analysis using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used to derive the results of the crystal structure change and the electrochemical correlation.
- Based on the electrical equivalent circuit, AC and DC modeling techniques were developed to analyze electrochemical lithium plating-stripping behavior of 3D structured lithium metal negative electrodes. The DC overpotential and local current density distributions of the electrodes during charging and discharging processes were estimated using developed modeling techniques. Furthermore, “electrochemical active” porous structures of the developed materials/electrodes were investigated by utilizing the electrochemical porosimetry technique.
- DC charging overpotentials and local lithium plating currents on the pore surface were predicted by the developed equivalent circuit modeling technique. Electrode designs with pore size gradient and interfacial resistance gradient were proposed and their electrochemical behaviors were predicted and compared. The effects of the composition of MOF, chemical etching, and nanoparticle templates were quantitatively analyzed by the electrochemical porosimetry technique.
- The comparison analysis between the modeling data and experimental data was conducted to determine the effects of design parameters on the lithium storage characteristics and to derive composition-structure-property relationships. To analyze the electrochemical degradation mechanisms, cycling characteristics of materials under different cell operation conditions were tested and the relationship between the material design and the cycle life was determined.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• CONTENTS ... 9
• 목차 ... 10
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 11
• 1. 연구 개발의 목적 ... 11
• 2. 연구개발의 필요성 ... 13
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 14
• 1. 국내 기술 수준 및 시장 현황 ... 14
• 2. 국외 기술 수준 및 시장 현황 ... 15
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 19
• 1. 연도별 연구범위 및 연구수행 방법 ... 19
• 2. 연구 수행 내용 및 결과 ... 22
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 61
• 1. 연도별 연구목표 및 평가착안점 ... 61
• 2. 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 62
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 65
• 제 6 장 참고문헌 ... 66
• 끝페이지 ... 67