보고서 정보
주관연구기관 |
한국에너지기술연구원 Korea Institute of Energy Research |
연구책임자 |
장보윤
|
참여연구자 |
김준수
,
유지행
,
유정준
,
김대일
,
이정현
,
윤경식
,
류명현
,
송광섭
,
김동석
,
한유진
,
최신호
,
김진수
,
김태희
,
김태우
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2021-12 |
과제시작연도 |
2021 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO202200007942 |
과제고유번호 |
1711149793 |
사업명 |
한국에너지기술연구원연구운영비지원(R&D)(주요사업비) |
DB 구축일자 |
2022-08-27
|
초록
▼
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
□ 연구 개발 결과
◦ 고에너지 밀도 양극 소재
· Hydrolysis 방식 및 고상합성을 통해 LiMn0.5Ni0.4O2을 합성하여, 초기가역 용량 190 mAh/g, 평균 방전 전압 4.0V 수준의 층상구조 신규 양극재 합성
· 고체전해질 구동에서, 135mAh/g 초기가역 용량 보이며, 3.9 V의 평균 방전 전압 보임으로서, 전고체전지 활용 가능성 확인
◦ 고에너지 밀도 음극소재
· 단순 고상
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
□ 연구 개발 결과
◦ 고에너지 밀도 양극 소재
· Hydrolysis 방식 및 고상합성을 통해 LiMn0.5Ni0.4O2을 합성하여, 초기가역 용량 190 mAh/g, 평균 방전 전압 4.0V 수준의 층상구조 신규 양극재 합성
· 고체전해질 구동에서, 135mAh/g 초기가역 용량 보이며, 3.9 V의 평균 방전 전압 보임으로서, 전고체전지 활용 가능성 확인
◦ 고에너지 밀도 음극소재
· 단순 고상 합성법 및 CVD방식을 이용 리튬-실리콘 합금 음극을 제조하여, 초기방전 용량 2,175 mAh/g, 초기 충방 효율 (ICE) 88% 달성
· 고체전해질 구동에서, 1,678mAh/g 초기가역 용량 보이며, 초기 충방 효율 (ICE) 87% 달성, 전고체전지 활용 가능성 확인
◦ 고체전해질 소재
· 산화물계 고체전해질(Ga-doped LLZO) 합성 및 평가 : Ga 도핑된 산화물계 고체 전해질을 합성하여 1 mS/cm의 이온전도도 달성 및 29 um 두께 및 4cm X 3cm 크기의 후막 개발
· 복합 고체전해질 합성 및 평가 : 기 개발된 산화물계 고체전해질을 80 wt.% 포함하고, PVDF-HFP 고분자를 5 wt.% 적용한 복합고체전해질을 합성하여 0.1 mS/cm의 이온전도도, 5V 이상의 전압안정성, 0.5의 Li transference number 확보함
◦ 전고체전지 구조 설계 및 제조, 평가
· 계면제어용 고분자 고체전해질 : PVDF-HFP 고분자 기반으로 LiTFSI:SN=1:8 mol을 혼합하여 3.6 Ω·cm2 (1.3 mS/cm)의 낮은 계면저항 확보
· 개발소재 적용 전고체전지 제조 기술 확보 및 성능구현(코인셀) : LiMn0.5Ni0.5O2/3층 복합 고체전해질 /리튬-실리콘 합금 음극 구조의 전고체전지 코인셀을 제작하여, 0.43 mAh의 셀 성능 확보
· 개발소재 적용 전고체전지 제조 기술 확보 및 성능구현(파우치셀) : LiMn0.5Ni0.5O2/3층 복합 고체전해질 /리튬-실리콘 합금 음극 구조의 전고체전지 파우치셀을 제작하여, cutting, bending에서도 안정적 구동 특성 확보
· 고에너지 밀도 전고체전지 제조 기술(파우치셀) : 고에너지밀도 전고체전지 제조전략을 활용하여 에너지밀도 200Wh/kg 이상을 구현하여 공인시험인증기관 시험평가서 확보 및 전지 수명 80%(@100회) 전고체전지 확보
□ 연구 개발 활용 방안
◦ 이차전지 소재, 제조, 응용 산업에 활용
· 기존 양극, 음극 소재의 한정된 성능 및 개발품의 정체현상으로 인해 신규 양극, 음극 소재에 대한 아웃소싱이 활발하여 연구 개발 활용 가능
· 고에너지 밀도를 가지는 신규 활물질에 대한 기업 수요 증가 및 신규 업체의 진입, 등의 신규 시장의 생성 가능성이 매우 높음
· 중저가의 이차전지 시장 신규 생성 및 이차전지에 대한 수요 증가 및 고에너지 밀도를 가지는 이차전지의 안전성 문제 대두로 (ESS 화재, 등) 전고체전지 수요 증가 예상되므로 개발된 전고체전지 소재 및 설계, 제조 기술 활용 가능성 높음
(출처 : 요약문 7p)
Abstract
▼
Ⅳ. Result and Recommendations
□ Research and development results
◦High energy density anode material
· By synthesizing LiMn0.5Ni0.4O2 through hydrolysis method and solid-state synthesis, a new cathode material with a layered structure with an initial reversi
Ⅳ. Result and Recommendations
□ Research and development results
◦High energy density anode material
· By synthesizing LiMn0.5Ni0.4O2 through hydrolysis method and solid-state synthesis, a new cathode material with a layered structure with an initial reversible capacity of 190 mAh/g and an average discharge voltage of 4.0V is synthesized
· In solid electrolyte drive, 135mAh/g initial reversible capacity and average discharge voltage of 3.9 V were shown, confirming the possibility of using all-solid-state batteries
◦ High energy density cathode material
· A lithium-silicon alloy anode was manufactured using a simple solid-state synthesis method and a CVD method to achieve an initial discharge capacity of 2,175 mAh/g and an initial charge-discharge efficiency (ICE) of 88%
· In solid electrolyte driving, 1,678mAh/g initial reversible capacity was shown, initial charging and discharging efficiency (ICE) of 87% was achieved, and the possibility of using all-solid-state batteries was confirmed.
◦ Solid-state electrolyte material
· Oxide-based solid electrolyte (Ga-doped LLZO) synthesis and evaluation: Ga-doped oxide-based solid electrolyte was synthesized to achieve ionic conductivity of 1 mS/cm and developed a 29 um thick and 4cm X 3cm thick film
· Composite solid electrolyte synthesis and evaluation: By synthesizing a composite solid electrolyte containing 80 wt.% of a previously developed oxide-based solid electrolyte and 5 wt.% of PVDF-HFP polymer, ionic conductivity of 0.1 mS/cm and voltage stability of 5V or higher , secured a Li transference number of 0.5
◦ All-solid-state battery structure design, manufacturing, and evaluation
· Polymer solid electrolyte for interface control: Based on PVDF-HFP polymer, LiTFSI:SN=1:8 mol is mixed to ensure low interfacial resistance of 3.6 Ω·cm2 (1.3 mS/cm)
· Securing technology for manufacturing all-solid-state batteries and realization of performance (coin cell): LiMn0.5Ni0.5O2/three-layer composite solid electrolyte/lithium-silicon alloy All-solid-state battery coin cell with anode structure was manufactured, resulting in a cell performance of 0.43 mAh secure
· Securing all-solid-state battery manufacturing technology and realization of performance (pouch cell): All-solid-state battery pouch cell with LiMn0.5Ni0.5O2/3-layer composite solid electrolyte/lithium-silicon alloy anode structure is stable even in cutting and bending Securing driving characteristics
· High-energy-density all-solid-state battery manufacturing technology (pouch cell): Utilizing the high-energy-density all-solid-state battery manufacturing strategy, realize energy density of 200Wh/kg or more to secure a test evaluation report and 80% battery life (@100 times) Securing all-solid-state batteries
□ R&D utilization plan
◦Used in secondary battery materials, manufacturing, and application industries
· Due to the limited performance of existing anode and cathode materials and the stagnant phenomenon of developed products, outsourcing of new cathode and anode materials is active and can be utilized for research and development
· The possibility of creating a new market such as an increase in corporate demand for new active materials with high energy density and entry of new companies is very high
· All-solid-state battery materials and designs developed because the demand for all-solid-state batteries (ESS fires, etc.) is expected to increase due to the new creation of the mid- to low-priced secondary battery market, an increase in demand for secondary batteries, and the rise of safety issues for secondary batteries with high energy density; High potential for manufacturing technology
(source : Summary 11p)
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