[보고서]에너지저장 장치용 신개념 바인더 시스템 개발

오은석

[국가R&D연구보고서] 에너지저장 장치용 신개념 바인더 시스템 개발
Development of new concept binder system for energy storage devices 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	울산대학교 University of Ulsan
연구책임자	오은석
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2022-03
과제시작연도	2020
주관부처	과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT
연구관리전문기관	한국연구재단 National Research Foundation of Korea
등록번호	TRKO202200013043
과제고유번호	1711143515
사업명	개인기초연구(과기정통부)(R&D)
DB 구축일자	2022-10-18
키워드	바인더.멕신.리튬이차전지.전도성복합체.멕신/아크릴계 수분산 바인더.Binder.MXene.Lithium Secondary Battery.Conductive composite.MXene/acrylate water-dispsersed binder.

초록 ▼

□ 연구개요
본 연구팀에서 연구한 바인더는 전자전도성이 매우 우수한 2차원 MXene 소재를 수용액에 분산시킨 후, 활성물질 및 집전체와의 접착능이 뛰어난 acrylated 고분자를 in-situ 단계유화중합으로 MXene 기재 표면에 core-shell 형태로 합성함 (MXene/core-shell acrylate latex). Alkalization 통하여 core 고분자가 수용액상으로 용해되어 전극슬러리 제조 시 증점제의 역할을 하고, 나머지 MXene/hollow-shell acrylate 바인더 성분이 전극의 접착능 및 전자전도성을 제공할 수 있도록 설계함.

□ 연구 목표대비 연구결과
■ MXene 합성 및 수분산 (1차년도)
1. MXene 합성 및 수분산
- Ti₃AlC₂ MAX phase로부터 Ti₃C₂T_x MXene clay 및 MXene nanosheet 합성
2. 상업용 MXene 수분산
- 2종의 상업용 MXene(Ti₂CT_x, Ti₃C₂T_x)을 MXene/acrylate 복합체의 전도성 기재로 활용
■ MXene/Acrylate 합성 (1,2차년도)
1. 수분산 MXene/PANBA 복합체 바인더
- 유화중합을 이용하여 MXene 표면에 poly(acrylonitrile-co-butyl acrylate) 바인더 합성
2. MXene/Alginate 복합체 바인더
- 1 wt% alginate 수용액 상에서 MXene/Alginate 전도성 바인더 합성 및 분석
■ MXene/Hollow-shell acrylate 합성 (1-3차년도)
1. Hollow-PANBA shell 바인더 합성
- 2단계 유화중합 활용 poly(MMA-BA-MAA) core-PANBA shell 고분자 합성 및 분석
2. 수분산 MXene/hollow-PANBA shell 합성
- 3단계 유화중합 및 alkaization 이용하여 MXene/ hollow-PANBA shell 합성 및 분석
■ LIB (고용량, 고출력) 전극 활용 연구 (1-3차년도)
1. 고용량 Si계 음극용 바인더 평가 및 분석
2. 고출력 Li₄Ti₅O₁₂ 음극용 바인더 평가 및 분석
3. 고출력 LiFePO₄ 양극용 바인더 평가 및 분석
■ 슈퍼커패시터 전극 활용 연구 (3차년도)
1. 고출력 활성탄 전기이중층커패시터 전극용 바인더 평가 및 분석

*본 과제의 연구성과는 SCI 논문 8편 (대표실적 5편, 기타 실적 3편), 특허 1편이며, 논문 2편 투고 준비 중임

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
비교적 최근에 개발된 2차원 MXene 소재의 경우 다양한 분야로 연구가 진행되고 있지만, 전극용 바인더의 전도성 기재로 적용하려는 연구는 세계 최초라 할 수 있음. 또한 전도성 기재상에서 core-shell 및 hollow-shell 형태의 latex 합성 또한 첫 시도라 할 수 있음. 따라서 impact factor가 매우 높은 SCI 저널에 지속적인 연구결과를 발표할 수 있을 것으로 기대됨. 향후에는 산업체와 공동연구를 통하여 본 과제에서 제안한 소재를 기술 이전하고자 함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

표지 ... 1
연구결과 요약문 ... 2
목차 ... 3
1. 연구개발과제의 개요 ... 4
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
3) 목표 달성 수준 ... 14
4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
6. 참고문헌 ... 16
붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 23
끝페이지 ... 38

표/그림 (4)

표 전자전도성, 전극접착능, 전극슬러리 증점이 동시에 가능한 바인더 시스템
표 기존 전극의 구조 및 신개념의 전도성 나노복합체 바인더를 활용한 개발 전극의 구조
표 MXene 소재 합성 및 특성 [Prof. Lutkenhaus’s presentation at Texas A&M University in April,2018]
표 MXene/hollow-shell 바인더를 적용한 고용량 실리콘계 전극의 실험 결과: 중합 성분, 입자크기, 전극의 표면 부피 저항, 전극접착력, 전극의 사이클 특성

참고문헌 (25)

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