초록 ▼

□ 연구개요
본 과제의 연구 주제는 황화물 고체 전해질 기반 전고체 전지용 리튬 금속의 전극내부 전착이 가능 한 금속질화물-카본 복합체 음극 개발임. 최근 리튬 이온 전지의 낮은 에너지 밀도와 화제 및 폭발의 문제점을 극복할 수 있는 황화물 고체 전해질 기반 전고체 전지가 차세대 이차 전지로서 큰 주목을 받음. 전고체 전지는 구성 요소인 양극, 음극, 전해질이 모두 고체로써 기존 리튬 이온 전지의 가연성 액체 전해질을 난연성의 고체 전해질로 대체하여 화재 및 폭발과 같은 문제점을 해결할 수 있음. 또 한 리튬 이온 전지와 달리

□ 연구개요
본 과제의 연구 주제는 황화물 고체 전해질 기반 전고체 전지용 리튬 금속의 전극내부 전착이 가능 한 금속질화물-카본 복합체 음극 개발임. 최근 리튬 이온 전지의 낮은 에너지 밀도와 화제 및 폭발의 문제점을 극복할 수 있는 황화물 고체 전해질 기반 전고체 전지가 차세대 이차 전지로서 큰 주목을 받음. 전고체 전지는 구성 요소인 양극, 음극, 전해질이 모두 고체로써 기존 리튬 이온 전지의 가연성 액체 전해질을 난연성의 고체 전해질로 대체하여 화재 및 폭발과 같은 문제점을 해결할 수 있음. 또 한 리튬 이온 전지와 달리 200 ℃ 이상의 고온에서도 뛰어난 열 안정성을 보이며 리튬 금속을 음극으 로 사용 시 기존 흑연 음극에 비해 높은 용량 구현이 가능하며 에너지밀도를 획기적으로 증가시킬 수 있음. 그러나 리튬 금속의 높은 반응성으로 인한 고체 전해질과의 부반응 발생 및 리튬 덴드라이트의 성장 문제가 야기되었음. 이러한 문제점을 해결하고자 리튬 금속의 내부 전착이 가능한 금속질화물- 카본 복합체 음극을 개발하고자 함. 본 연구의 목표는 첫 째, 차세대 이차 전지로 주목받고 있는 전 고체 전지용 음극소재 개발을 통한 신진기술 확보, 둘 째, 리튬 친화도가 높고 값싼 새로운 금속 질화 물-카본 복합체 개발을 통한 경제성 확보, 셋 째, 새로운 전극 시스템 개발, 넷 째, 우수한 전기화학 특성의 전고체 전지 개발임. 이를 통해 전기자동차 등의 다양한 응용 분야 연계 및 개발 촉진이 가능 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
○ 음극 소재 개발
◼ 목표: Ag를 대채할 저가의 금속질화물 소재 개발
◼ 연구결과: Ag의 대체할 신규 Zn 소재 개발에는 성공
- 값 비싼 Ag를 가격이 비교적 저렴한 Zn로 대체하는데 성공함
- Zn-C (아연-카본) 복합체를 제조하여 이를 전고체 전지용 음극으로 활용함
○ 새로운 전고체 전지 시스템 개발
◼ 목표: 충·방전이 가능한 양극, 전해질, 음극 및 전고체 전지 개발
◼ 연구결과: 새로운 전고체 전지 시스템 개발 성공
- 양극: 기존 리튬이온전지에 사용되고 있는 고용량의 NCM소재를 사용
- 고체 전해질: 우수한 이온전도도를 가진 Li₆PS₅Cl을 합성함
- 음극: 반쪽셀은 리튬금속을 사용하고 완전셀의 경우 금속-카본 복합체를 적용
- 셀: Pressed-type cell을 사용하여 반쪽셀 및 완전셀 평가
○ 전고체 전지 성능 확보
◼ 목표: 안정적인 전기화학 특성 확보
◼ 연구결과: NCM양극, Li₆PS₅Cl 고체전해질, Zn-C 복합체를 통해 전지성능 확보
- 완전셀 기준 ~190mAh/g의 높은 용량을 달성함
- 수명특성의 경우 50회의 충·방전 후 약 74%의 용량 유지율을 나타냄
○ 리튬 전착 메커니즘 규명
◼ 목표: 음극 내부로 리튬 금속 전착(plating)
◼ 연구결과: 음극 내부가 아닌 음극과 집전체 사이로 전착됨
- 충전 시 리튬 금속이 Zn-C 복합체와 SUS 집전체 사이에 전착

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
전고체 전지 음극에 수 마이크로(μm) 두께의 금속질화물-카본 나노 입자 복합체를 적용하여 수십 마이크로의 흑연 층이 적용되는 기존의 리튬 이온 전지 크기 대비 부피를 줄이고 동시에 획기적으로 에너지 밀도를 높일 수 있으며, 폭발에 대한 안정성이 확보되므로 향후 전자기기 및 전기자동차에 적용될 수 있을 것으로 기대됨

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 끝페이지 ... 14