초록 ▼

□ 연구개요
다중(다단계) 전환 반응을 통해 구동하는 다성분계의 금속 불화물 나노복합체를 활용하여, 리튬 이차전지를 위한 차세대 고용량 양극 소재의 개발을 목표로 연구를 진행함. 본 연구에서는 불화암모늄을 이용한 새로운 공정법을 통해, 균일하게 혼합된 형태의 나노구조 다성분계 금속 불화물을 합성하고, 이를 기반으로 전압 이력이 감소되면서 안정적인 수명 특성을 나타내는 고용량 양극 소재를 개발함.

□ 연구 목표대비 연구결과
● 다성분계 금속 불화물 합성을 위한 시스템 최적화
- 불화암모늄 기반 합성법을 활

□ 연구개요
다중(다단계) 전환 반응을 통해 구동하는 다성분계의 금속 불화물 나노복합체를 활용하여, 리튬 이차전지를 위한 차세대 고용량 양극 소재의 개발을 목표로 연구를 진행함. 본 연구에서는 불화암모늄을 이용한 새로운 공정법을 통해, 균일하게 혼합된 형태의 나노구조 다성분계 금속 불화물을 합성하고, 이를 기반으로 전압 이력이 감소되면서 안정적인 수명 특성을 나타내는 고용량 양극 소재를 개발함.

□ 연구 목표대비 연구결과
● 다성분계 금속 불화물 합성을 위한 시스템 최적화
- 불화암모늄 기반 합성법을 활용한 다양한 종류의 금속 불화물 나노복합체 개발
- 용매열 반응 기반 소듐 금속 불화물 (Na_xMF_y) 나노복합체 합성법 개발
● 금속 불화물 적용 차세대 이차전지 개발 연구 추가 수행
- FeF₃ 나노복합체를 포타슘 이온전지 양극으로 적용하여 300 mAh g^-1 이상의 가역용량 발현 확인
● 금속 불화물 합성법을 응용한 고용량/고출력 전극소재 개발 연구 추가 수행
- 금속 불화물 합성법의 메카니즘을 활용하여, 불산(HF) 없이 실리콘을 고순도화하는 고용량 전극소재 개질 기술 개발
- 금속 불화물 합성법의 메카니즘을 활용하여, 고위험성의 불소계 기체 없이 LTO (Li₄Ti₅O₁₂)의 표면에 불소를 도핑하여 출력 특성을 향상시키는 기술 개발
● 500 mAh g^-1 이상 용량 발현 (0.2C 이상)
- NiF₂ 나노복합체에서 200 mA g^-1 (>0.2 C)의 전류밀도에서 750 mAh g^-1의 가역용량 발현 확인
● 60% 이상의 출력 특성 개선
- NiF₂ 나노복합체에서 50 mA g^-1 대비 500 mA g^-1의 전류밀도에서 73%의 용량 유지율 확인
- 불화암모늄 이용 합성법을 응용한 LTO 표면 개질 기술을 통해, 개질 전 소재 대비 20C의 전류밀도에서 60%의 용량 유지율 향상 효과 확인
● 90% 이상 용량 유지 (100 사이클, 0.2C 이상)
- 불화암모늄을 이용하여 표면을 개질한 LTO 소재에서, 10C의 전류밀도로 200 사이클 진행하였을 때 93%의 용량 유지율 달성 확인
● 충/방전 메카니즘 심층 분석
- NaCoF₃, NiF₂, CuF₂ 나노복합체의 전환 반응 메카니즘 및 열화 원인 심층 분석 완료

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
●경제적·산업적 측면
- 양극재는 리튬 이온전지에서 가장 큰 시장규모 및 원가 비중을 나타내어, 새로운 고용량 양극재 개발을 통해 기존 소재를 대체한다면 막대한 수익 창출이 가능할 것으로 기대.
- 금속 불화물에 대한 연구개발은 상당히 미흡한 상황으로, 본 연구의 성공적인 진행을 통해 해외 업체보다 빠르게 원천기술을 확보하고 시장을 선점 할 수 있음.
●기술적·학술적 측면
- 본 연구의 합성법은 균일하게 혼합된 금속 불화물 합성을 위한 범용적인 방법으로, 금속 불화물을 필요로 하는 다양한 분야에 응용이 가능함. 또한 개발된 소재는 현재 주목받고 있는 소듐 이차전지의 고용량 양극으로도 활용이 가능함.
- 기존의 문제점이 혁신적으로 개선된 금속 불화물 양극 소재 연구를 통해, 해외 유수 저널에 논문 발표를 진행하고 학계의 이차전지 분야 연구에 큰 영향을 미칠 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 개요 ... 4
• 2) 연구개발의 필요성 ... 4
• 3) 연구개발 목표 및 범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 가. 불화암모늄을 이용한 금속 불화물 나노복합체 개발 및 전기화학 특성 심층 분석 ... 5
• 나. 용매열 반응 기반 소듐금속불화물 (NaxMFy) 복합체 합성법 개발 및 이차전지 특성 분석 ... 8
• 다. 금속 불화물을 양극재로 적용한 차세대 이차전지 개발 연구 ... 9
• 라. 불화암모늄 기반 금속 불화물 합성법을 응용한 차세대 고용량 전극소재 개발 연구 ... 10
• 마. 불화암모늄 기반 금속 불화물 합성법을 응용한 고출력 전극소재 개발 연구 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 26