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연구개요
차세대 리튬이온전지용 양극 소재로 주목받는 하이니켈계 전이금속 층상구조 산화물 일차입자의 내부를 원자 및 나노 수준에서 직접 관찰하고 분석함으로써 지금까지 밝혀지지 않은 미세구조와 일차입자 형성 메커니즘을 정확히 이해함. 또한 일차입자의 원자 단위 구조가 양극재의 리튬이온전지 내 반응 거동에 미치는 영향을 분석함으로써, 미래형 리튬이온전지의 개발 방향을 제시함.

연구 목표대비 연구결과
차세대 이차전지용 양극재의 미세구조 및 반응 메커니즘을 정확히 이해하기 위해 아래와 같이 세부 목표를 나누어 연구를

연구개요
차세대 리튬이온전지용 양극 소재로 주목받는 하이니켈계 전이금속 층상구조 산화물 일차입자의 내부를 원자 및 나노 수준에서 직접 관찰하고 분석함으로써 지금까지 밝혀지지 않은 미세구조와 일차입자 형성 메커니즘을 정확히 이해함. 또한 일차입자의 원자 단위 구조가 양극재의 리튬이온전지 내 반응 거동에 미치는 영향을 분석함으로써, 미래형 리튬이온전지의 개발 방향을 제시함.

연구 목표대비 연구결과
차세대 이차전지용 양극재의 미세구조 및 반응 메커니즘을 정확히 이해하기 위해 아래와 같이 세부 목표를 나누어 연구를 진행함.
[연구 목표 1] 양극재의 합성 조건에 따른 일차입자의 원자 단위 구조 변화 이해
- 단입자 NCM 양극재의 원자 구조가 일반적인 a-NaFeO₂ 형 층상구조를 가지고 있음을 파악함.
- 단입자 양극재의 단일 입자 내부는 저각 결정립계로 긴밀하게 결합된 여러 개의 결정립으로 구성되어 있음을 밝혀냄.
- 합성시 열처리 온도가 증가하면 단입자의 크기가 증가하는데, 이때 결정립 간 결합이 비등방적으로 발생함을 밝혀냄.
[연구 목표 2] 양극재 일․이차입자의 원자 단위 구조와 반응 거동의 상관관계 이해
- 단입자 양극재의 사이클이 반복되면서 단입자 내부에서 크랙이 발생하며 그 정도가 전형적인 NCM 양극재에 비해 심각한 수준임을 밝혀냄.
- 단입자 양극재의 크랙은 단입자 내부에 존재하는 결정립계에서 발생할 수 있음을 원자 분해능의 HAADF-STEM 이미지를 통해 밝혀냄.
- 즉, 단입자 양극재의 단일 입자 크기가 증가하고 내부에 존재하는 결정립의 개수가 많아지면서 사이클 과정 중 크랙의 발생이 심화될 수 있음을 규명함으로써 양극재의 구조와 반응 거동 간의 상관관계를 원자 수준에서 이해함.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
- 본 연구개발결과는 기존에 정확히 이해되지 못하고 있던 미세 구조를 밝혀내고 그 반응 메커니즘을 이해하였다는 점에 있어, 향후 양극재의 성능을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 중요한 발판이 될 수 있음.
- 본 연구진은 연구를 통해 밝혀낸 소재의 구조에 대한 정확한 이해와 합성 조건에 따른 소재의 구조 변화 정보를 활용하여, 이상적인 구조의 양극재를 합성하기 위한 후속 연구를 진행하고자 함.
- 또한 본 연구결과는 향후 실시간 투과전자현미경 연구 등 고급 분석을 통해 리튬 이온전지 양극재의 반응 동역학을 연구하기 위한 기초자료로 활용될 수 있어, 심화연구의 확장에 중요한 역할을 함.
- 본 연구개발결과를 기반으로 차세대 리튬이온전지의 성능을 혁신적으로 향상시키고 그 시기를 앞당김으로써, 이차전지 시장의 성장에 큰 파급 효과를 일으킬 것으로 기대함. 더 나아가, 이를 통해 전기 자동차의 성능 향상이 이루어지고 보편화됨으로써 저탄소 친환경 기술을 통한 환경보호에도 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대함.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구개발의 목적 ... 4
• 나. 연구개발의 필요성 ... 4
• 다. 연구 가설 및 최종목표 ... 4
• 라. 연구 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 가. 연구개발과제 수행 방법 및 과정 ... 5
• 나. 연구개발과제 수행 내용 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 가. TEM 기술 분야 ... 13
• 나. 리튬이온전지 분야 ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 끝페이지 ... 15