초록 ▼

□ 연구개발목표
- 전해액과 리튬 금속간 계면 접촉을 차단하면서 리튬과의 지능적 상호작용을 통한 균일한 리튬 전착/용출을 유도 시킬 수 있는 계면 제어기술을 개발
- 또한 계면 불균일성 및 보호막 결함에 의해 유도되는 덴드라이트의 성장을 능동적으로 차단하는 다중 보호막 기술을 개발
- 계면제어 및 보호막 기술을 통해 기존 계면 안정화 및 보호층 기술의 한계를 극복하며, 리튬 금속 전지 실용화가 가능한 수준의 리튬금속 활용률 및 사이클 수명을 확보
- 이를 위하여 고전류밀도 구동시 400 싸이클의 장기 수명 구현

□ 연구개발목표
- 전해액과 리튬 금속간 계면 접촉을 차단하면서 리튬과의 지능적 상호작용을 통한 균일한 리튬 전착/용출을 유도 시킬 수 있는 계면 제어기술을 개발
- 또한 계면 불균일성 및 보호막 결함에 의해 유도되는 덴드라이트의 성장을 능동적으로 차단하는 다중 보호막 기술을 개발
- 계면제어 및 보호막 기술을 통해 기존 계면 안정화 및 보호층 기술의 한계를 극복하며, 리튬 금속 전지 실용화가 가능한 수준의 리튬금속 활용률 및 사이클 수명을 확보
- 이를 위하여 고전류밀도 구동시 400 싸이클의 장기 수명 구현(리튬 활용률 50%)을 목표로 연구개발을 수행

□ 연구개발내용
1) 지능형 계면 형성 구조 보호층 소재 설계
- 분자 시뮬레이션 및 전기화학적 특성화를 통한 소재 설계 전략 확보
- 보호층 소재 합성 및 리튬 전착 균일성 유도 효과 및 전해액 반응 차단 효과 구현
2) 단이온 전도성 유무기 복합 보호막 개발
- 고 이온전도, 단이온 전도성 고분자 전해질 개발
- 단이온 전도성 유무기 복합 전해질 조성 설계 및 계면 제어기술 개발
- 유무기 복합 전해질 단이온전도성 및 이온전도도 최적설계
- 리튬금속전지 적용 설계 및 전기화학적 성능 평가
3) 지능형 계면 제어 및 단이온 전도성 복합보호막 복합화
- 계면제어층 및 복합보호층 결합을 통한 다중 보호층 제조 기술 개발
- 계면 구조 분석 및 전기화학적 분석을 통한 리튬 덴드라이트 억제 메커니즘 규명
4) 리튬금속전지 적용 기술 개발
- 대면적 리튬금속전극 보호층 제작 및 안정화 효과 구현
- 리튬금속전지 구현 및 사이클 수명 확보

□ 연구개발성과
- 지능형 계면제어기술 및 다중 보호층 원천기술 확보
- 400Wh/kg 고에너지 밀도 리튬금속전지 구현을 위한 리튬금속 안정화 보호층 기술 확보
- SCI급 논문: 6편(JCR <10% 2편), 특허 출원/등록: 4/2편, 인력양성: 박사/석사 3명/3명

□ 활용계획 및 기대효과(응용분야 및 활용범위 포함)
- 본 연구를 통해 개발된 리튬 금속계면 안정화 핵심기술은 전지의 사이클 수명 및 안정성을 향상시켜 고용량 에너지 저장장치를 필요로 하는 전기자동차, 에너지 저장장치 시스템 등에 도입될 수 있음.
- 또한, 이 기술을 이용하여 제작된 리튬 금속 음극은 리튬 금속전지에 국한되지 않고 차세대 고용량 이차전지의 음극 소재로 활용될 수 있음. 특히 리튬/공기 전지와 리튬/황 전지에서의 음극으로도 활용될 수 있어 파급효과는 클 것으로 기대됨.

(출처 : 요약문 2p)

Abstract ▼

□ Purpose
- Development of the smart interfacial control technology that can induce uniform electrodeposition/dissolution and protect the contact between electrolytes and lithium metal
- Development of the multiple protection layer technology that can actively block the dendrite growth
- Ov

□ Purpose
- Development of the smart interfacial control technology that can induce uniform electrodeposition/dissolution and protect the contact between electrolytes and lithium metal
- Development of the multiple protection layer technology that can actively block the dendrite growth
- Overcoming the limitations of the conventional interface stabilization and protective layer technologies and achieving high lithium metal utilization and high cycling stability enough for practical uses
- Achieving long-term lifetime implementation(Lithium utilization rate : 50%) of 400 cycles at a high current density

□ Contents
1) Smart interface design and structured protective layer design
- Material design by molecular simulation and electrochemical characterization
- Uniform lithium deposition and electrolyte corrosion protection with the smart interface
2) Development of single ion conducting-organic/inorganic composite protection layer
- Material and compositional design of the single ion-conducting organic/inorganic composite electrolyte and its interfacial control
- Optimized design of the composite electrolytes
- Electrochemical characterization and battery application
3) Synergic combination of the smart interface control and hybrid protection layer
- Multiple protection by combining the interfacial design and hybrid layers
- Understanding the protection mechanism by interface structural and electrochemical analysis
4) Development of the lithium metal batteries with the protection technologies
- Large-area protection layer fabrication and cell-level lithium metal anode protection
- Achieving lithium metal batteries with high energy density and high cycling stability Development

□ results
- Smart interfacial control technology and multiple protection technology
- Acquisition of lithium metal stabilization technologies that can achieve high energy density of 400Wh/kg
- SCI papers: 6(JCR<10% 2 papers), Patent issued/registered 4/2, Human resources training (doctor/master): 3/3

□ Expected Contribution
- The core technologies that provide high battery energy density and high cycling stability can be used for the electric vehicles, energy storage systems
- The lithium metal anode stabilization technologies can be employed for the design of various next generation lithium batteries including lithium metal, lithium sulfur, and lithium air batteries.

(출처 : SUMMARY 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 국 문 요 약 문 ... 2
• SUMMARY ... 3
• 목차 ... 5
• Ⅰ. 과제 개요 ... 6
• 1. 최종 연구개발 목표 ... 6
• 2. 연차별 연구목표 및 내용 ... 6
• 3. 과제 구성 ... 6
• Ⅱ. 2단계 계획 ... 7
• 1. 연구개발의 필요성 ... 7
• 2. 연구개발의 목표 및 내용 ... 21
• 3. 연구개발의 추진전략, 방법 및 추진체계 ... 25
• 4. 연구개발 결과의 활용방안 및 기대효과 ... 29
• 5. 연구기관 현황 ... 31
• 6. 국제공동연구개발 추진계획 ... 44
• 7. 연구개발비 ... 48
• 8. 보안 등급의 분류 및 결정사유 ... 57
• 9. 연구실 안전 조치 이행 계획 ... 57
• 10. 참고문헌 ... 58
• 끝페이지 ... 58