초록 ▼

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
◇ 고용량 양극활물질을 적용한 고에너지밀도 플렉시블 전지 개발 및 원천기술 확보
- 250 Wh/kg급 고에너지밀도 플렉시블 전지 구현 및 성능 평가
- 3차원 구조 집전체 기반 양극 초기용량 ≥ 850 mAh/g 확보
- 집전체 및 양극 개선을 통한 에너지밀도 800 mWh/g급 양극 개발
- 플렉시블 양극의 유연성 평가: flat 전지 대비 전지용량 ≥ 95%(@R20)
- 전지 최적화를 통한 플렉시블 전지 사이클 수명 개선: ≥ 85% 유지
전체 내용

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
◇ 고용량 양극활물질을 적용한 고에너지밀도 플렉시블 전지 개발 및 원천기술 확보
- 250 Wh/kg급 고에너지밀도 플렉시블 전지 구현 및 성능 평가
- 3차원 구조 집전체 기반 양극 초기용량 ≥ 850 mAh/g 확보
- 집전체 및 양극 개선을 통한 에너지밀도 800 mWh/g급 양극 개발
- 플렉시블 양극의 유연성 평가: flat 전지 대비 전지용량 ≥ 95%(@R20)
- 전지 최적화를 통한 플렉시블 전지 사이클 수명 개선: ≥ 85% 유지
전체 내용
● 1차년도: 플렉시블 전지용 집전체 및 양극 기초 설계 및 검증
- 전자기학적/열역학적 시뮬레이션을 통한 집전체 구조 설계
- 3차원 구조 금속-탄소 집전체 제조기술 개발
- 3차원 구조 집전체 기반 양극 설계
- 플렉시블 양극의 유연성 및 전지 성능 평가
● 2차년도: 고에너지밀도 플렉시블 양극 구현 및 유연성 향상
- 고에너지밀도 전지 구현을 위한 3차원 구조 금속-탄소 집전체 구조 개선
- 3차원 구조 집전체-황 복합체 제조 기술 개발
- 플렉시블 양극의 유연성 향상 및 전지 성능 평가
● 3차년도: 플렉시블 양극 최적화 및 전지 구현
- 3차원 구조 집전체-황 복합체의 황 함량 향상 기술 개발
- 고에너지밀도 플렉시블 전지 구현 및 성능 평가
- 전지구조 설계 및 요소기술 최적화를 통한 플렉시블 전지의 유연성 및 수명 특성 개선

연구개발성과
· 고에너지밀도 전지 구현을 위한 3차원 구조 금속-탄소 집전체 제조기술 개발
- 3D 금속 내 CNT 직접성장 기술 확보 및 binder-free 황 전극 기술 확보
- 고로딩 플렉시블 황 양극 제조 기술 확보 (>75% S@CNT)
- S-CNT 결합 강화 메커니즘 규명 및 황 고정화 기술 확보
· 플렉시블 전지 특성 향상 요소기술 개발
- 3차원 네트워크 구조 금속 집전체 적용 리튬금속 음극 구조체 기술 개발 및 성능 향상
- 탄소코팅기술 기반 고유연/기능성 분리막 기술 확보
· 250 Wh/kg급 플렉시블 전지 구현 및 성능 평가
- CNT 기반 고용량 플렉시블 황 양극 및 기능성 분리막 적용 파우치형 플렉시블 리튬황전지 구현 (50✕30 mm²)
- 세계최고수준 플렉시블 리튬황전지 에너지밀도 256 Wh/kgpouch 달성
- 초기용량 989 mAh/gsulfur, 양극에너지밀도 910 mWh/gcathode, 유연성 95%(@R20), 수명 86% 달성
▸ SCI 논문 게재 7편, 학술회의 발표 9건, 특허 14건 출원 및 등록

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
· 고에너지밀도 플렉시블 전지 기술이전
- 플렉시블 리튬황전지용 3차원 금속-탄소 구조체 관련 요소기술에 대한 기술이전 2건 및 기술력 제고를 위한 후속 연구 진행
- 플렉시블 리튬황전지용 기능성 분리막 기술 관련 추가 기술이전 예정
· 고에너지밀도 플렉시블 전지 기술 기반 차세대전지 기술력 확보
- 유연성과 고용량, 고에너지밀도, 고내구성을 동시에 확보할 수 있는 기반 기술 확보를 통해 향후 차세대 전지 원천기술 확보
- 고에너지밀도 전극 기술을 기반으로 차세대 고에너지밀도 고안전성 전지기술인 전고체 리튬황전지 기술 개발에 응용 가능
· 고에너지밀도 플렉시블 전지 기술 파급효과
- 무인기, 드론 등 경량 배터리 응용분야 시장 선점 및 플렉시블 리튬황전지 상용화 주도

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 1) 연구개발 기술의 개요 ... 5
• 2) 해결하고자 하는 핵심 문제(기술적 측면) ... 8
• 3) 문제점의 해결 방법 ... 9
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 20
• 2.1. 3차원 금속-탄소 집전체 제조를 위한 CNT 직접성장 기술 ... 20
• 2.2. 습식공정을 이용한 리튬-황 전지셀 개발 ... 24
• 2.3. 3D 금속-CNT 집전체 내 기상 기반 황 삽입 기술을 적용한 고로딩 플렉시블 양극 개발 ... 29
• 2.4. 플렉시블 리튬황전지의 수명 특성 향상 기술 개발 ... 31
• 2.5. 플렉시블 전지용 Sponge 구조체 기반 고안전성 음극 기술 개발 ... 33
• 2.6. 섬유 기반 3차원 유연 황 양극 제작 ... 36
• 2.7. CNT 기반 리튬-황 전지용 분리막 제작 ... 38
• 2.8. 섬유 기반 3차원 유연 양극 및 CNT 기반 리튬-황 전지용 분리막을 이용한 전지 제작 ... 39
• 2.9. CNT 기반 3차원 유연 황 양극 제작 ... 42
• 2.10. 인(Phosphate) 도핑 카본 분리막 ... 43
• 2.11. CNT 기반 고용량 유연 황 양극 과 인(Phosphate) 도핑 카본 분리막을 포함하는 리튬-황 전지 제작 ... 45
• 2.12. CNT 기반 고용량 유연 황 양극과 인(Phosphate) 도핑 카본 분리막을 포함하는 리튬-황 파우치 전지 제작 및 250Wh kg-1 급 고에너지밀도 구현 전지 제작 ... 48
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 50
• 1) 연구수행 결과 ... 50
• 2) 목표 달성 수준 ... 56
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 56
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 57
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 57
• 끝페이지 ... 58