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Kafe 바로가기주관연구기관 | 코스모신소재 |
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연구책임자 | 신동구 |
참여연구자 | 김현수 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2021-02 |
과제시작연도 | 2020 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO202200005632 |
과제고유번호 | 1415169119 |
사업명 | ESS기술개발사업(R&D) |
DB 구축일자 | 2022-07-30 |
키워드 | 전기차.이차전지.고에너지.고안전성.High 니켈계.양극 극판.설계.양산 시제품. |
□ 최종목표
- 300 Wh/kg 셀 제조를 위한 고에너지밀도의 고니켈계(≥Ni 80%) 양극활물질 설계 및 제조기술 개발
* 극판에너지밀도 : 700 mAh/cc (중량당 가역용량@0.2C x 합제밀도)
* 가역 방전 용량 : ≥205 mAh/g
* 사이클 수명 특성 : 90% (mono cell 기준, 200cycle 후 초기용량 대비 %, 상온 25℃/고온 45℃)
* 2C 고율특성 : 88% (0.5C 기준)
* 열적 안정성 : ≥230 ℃ (DSC 발열 피크온도, 4.25V 충전기준, SEI
□ 최종목표
- 300 Wh/kg 셀 제조를 위한 고에너지밀도의 고니켈계(≥Ni 80%) 양극활물질 설계 및 제조기술 개발
* 극판에너지밀도 : 700 mAh/cc (중량당 가역용량@0.2C x 합제밀도)
* 가역 방전 용량 : ≥205 mAh/g
* 사이클 수명 특성 : 90% (mono cell 기준, 200cycle 후 초기용량 대비 %, 상온 25℃/고온 45℃)
* 2C 고율특성 : 88% (0.5C 기준)
* 열적 안정성 : ≥230 ℃ (DSC 발열 피크온도, 4.25V 충전기준, SEI 분해 관련 피크 제외)
* Cell 용량 : 300 mAh (pouch type full cell)
* 펠렛밀도 : 3.2 g/cc
□ 개발내용 및 결과
ㅇ 1차년도는 전구체 제조 및 양극활물질 제조 기술 확보에 전념하여 Ni 함량 80% 전구체를 개발하였으며 제조 기술 확보 후에는 Ni 고함량화에 초점을 맞춰 기술 개발을 진행하였고 소재 합성, 분석 및 전기화학적 평가를 추진하였음.
ㅇ 2차년도는 1차년도에 개발한 고에너지 양극 극판(650 mAh/cc)의 상온 및 고온 수명 개선을 중점 추진하였으며 열적 안정성(≥210 ℃) 향상을 목표로 연구를 수행함.
ㅇ 3차년도는 2차년도 개발품의 성능 개선을 지속적으로 추진하면서 1단계 목표 달성과 경쟁 개발 제품의 상호 비교 평가를 중점 추진하였음.
ㅇ 참여기업에서 개발한 3차년도 시제품 양극활물질을 주관기관에서 평가한 결과 미세한 차이가 있음을 확인하였음.
ㅇ 4차년도는 다중 및 복합원소 도핑원소 기술 및 잔류리튬 제어기술을 개발하였으며 양산화를 위한 원료사양 최적화 및 규격화 설비별, 공정별 조건 개발 및 도출을 통하여 제품 성능 검증을 추진하였음.
ㅇ 5차년도는 Ni85% 활물질 검증 및 양산 기술 확보를 위하여 양산 제조 조건 추가 개선 및 최적화 기술개발 및 사업화 전략에 따른 고객사 샘플 제출 및 개선 진행하였음.
ㅇ 주요기술 개발 결과로는 Ni 90% 전구체 제조기술 개발, PFR 적용 고밀도 소입경 전구체 제조기술, 양극활물질 배향성 기술과 저온 공침기술 등이 있음.
ㅇ 주관기관에서 개발한 최종년도 시제 양극활물질을 공인 평가한 결과, 최종 단계 목표를 달성하였음.
- 양극판 에너지밀도 : 709.3 mAh/cc
- 상온 양극 사이클 특성 : 95.8%
- 고온 양극 사이클 특성 : 92.9%
- 양극소재 피크 온도 : 236.7℃
- 펠렛 밀도 : 3.24g/cc
- Cell 용량 : 351.1mAh
□ 기술개발 배경
ㅇ 최근 글로벌 환경문제의 대두에 따라 각국이 적극적이 규제에 나서면서 친환경 전기차의 보급이 계속 증가하는 추세임. 2020년 세계 자동차 판매대수는 1억1,700만대 돌파가 예상되며, 이 중에서 HEV, PHEV, EV 등 전기자동차는 전체의 10.1%인 1,194만대까지 확대가 전망됨. 지금까지 전기자동차는 일충전 주행거리가 150~180km로 짧고 최근 350~400km로 확대되었으나 소비자들의 희망 거리를 충복시키지 못하고, 완속충전에 6~10시간 소요되어 길며, 배터리 가격이 여전히 비싸고, 충전소 등의 인프라 구축 지연 등으로 보급이 예상에 비해 늦게 진행되는 등 급격한 시장 확대에 제한적이었음. 그러나, 북미, 유럽, 일본을 중심으로 2015년부터 2020년 사이에 자동차 연비 및 배기가스에 관련한 규제가 대폭 강화됨에 따라, 이에 대응한 전기자동차의 보급이 확대될 것으로 전망. 또한 중국은 심각한 대기환경오염 문제에 대처하기 위하여 강력한 전기차 보급정책을 펼치고 있음. 미국의 전기차 벤처기업인 테슬라를 비롯한 선진 전기차업체들과 기존 내연기관 자동차업체들의 경쟁이 가속화되고 있어 보다 고성능의 이차전지 개발이 경쟁의 핵심기술로 등장하였음.
□ 핵심개발 기술의 의의
ㅇ 고에너지 양극 극판 제작에 필수적인 소입경 양극 전구체와 이를 적용한 양극활물질의 독자적인 제조 기술 확보 및 극판 제조 기술을 적기에 확보 및 사업화하여 양극활물질 기업의 기술 경쟁력 제고에 기여할 뿐만 아니라 국내 리튬 이차전지 산업 발전에도 기여함.
□ 적용 분야
ㅇ 일차적으로는 전기자동차용 고에너지밀도 대형 LIB에 적용이 될 예정이고 향후 제조단가와 전지 가격의 변동에 따라 전력저장분야의 대형 LIB에도 적용이 가능함.
(출처 : 초록 - 3. 개발결과 요약 4p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
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