초록 ▼

□ 연구개요
현재 높은 안정성과 에너지 밀도를 가진 전지의 수요가 높아짐에 따라, 전고체 전지에 대한 연구가 진행 중. 전고체 전지의 음극 재료인 리튬 금속은 충․방전 공정 동안 두꺼운 SEI층의 형성으로 인한 급격한 부피팽창, 급속한 침상형 (Dendrite) 리튬 성장으로 인한 내부 단락으로 안정성의 문제와 성능 저하가 발생함. 석출된 리튬은 황화물계 고체 전해질 사이의 불완전한 접촉 및 계면 반응으로 인한 고체 전해질의 분해와 용량 유지율의 감소가 발생함. 본 연구는 리튬 금속의 가역적 산화/환원을 유도함과 동시에 전극의

□ 연구개요
현재 높은 안정성과 에너지 밀도를 가진 전지의 수요가 높아짐에 따라, 전고체 전지에 대한 연구가 진행 중. 전고체 전지의 음극 재료인 리튬 금속은 충․방전 공정 동안 두꺼운 SEI층의 형성으로 인한 급격한 부피팽창, 급속한 침상형 (Dendrite) 리튬 성장으로 인한 내부 단락으로 안정성의 문제와 성능 저하가 발생함. 석출된 리튬은 황화물계 고체 전해질 사이의 불완전한 접촉 및 계면 반응으로 인한 고체 전해질의 분해와 용량 유지율의 감소가 발생함. 본 연구는 리튬 금속의 가역적 산화/환원을 유도함과 동시에 전극의 부피팽창을 최소화하기 위해 다공성의 상용화된 흑연과 lithiophilic 소재로 구성된 음극 소재를 개발하고자 함. 본 소재는 흑연 내부에서만 리튬 석출이 유도됨에 따라 충전 시 부피팽창과 침상형 리튬 성장을 억제하여 1000mAh/g 의 가역적 리튬 석출이 가능한 음극 소재를 확보할 수 있음.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 목표는 높은 안정성과 에너지 밀도를 가진 황화물계 전고체 전지용 음극 소재를 개발하기 위해 상용화 흑연 내부에 리튬 석출 유도 촉매를 삽입시켜 흑연 내부 기공으로만 리튬 석출을 유도하는 리튬 금속 전고체 전지 음극 소재 개발을 목표로 연구 진행함.
1) 화학 기상법을 통한 실리콘 코팅 조건 및 조성 제어를 통한 성능 개선 : 리튬 석출 유도 촉매인 Si 소재를 사용하여 다공성 흑연에 화학기상증착법(Chemical vapor Deposition: CVD)을 활용하여 리튬 석출 유도 촉매 소재와 복합화된 소재 제작. 이때, 기체 전구체의 농도, 증착 온도 및 시간, 기체 전구체 유량 속도를 조절하여 균일한 리튬 석출 유도 촉매 소재의 도포를 유도하였으며, SEM 분석을 통해 Si 코팅을 확인하였음.
2) 소재 표면에 안정한 코팅층을 형성하여 소재의 충방전 효율 개선: 흑연 표면에 실리콘에 의한 표면 석출 리튬과 전해액과의 부반응을 억제하기 위해 etching 공정을 통해 흑연 표면 실리콘 제거함.
새로운 음극 소재 합성 기술을 통해 합성된 음극 소재는 비용량 약 1000 mAh/g, 초기 효율 83.5 %의 전기화학 성능을 확인하였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
1) 학문적 의의
- 본 연구는 새로운 lithiophilic 소재가 포함된 음극 소재의 개발은 전기화학적 성능, 부피팽창, 침상형 리튬 성장, 리튬 금속과 고체 전해질과의 계면 문제와 높은 가격의 문제점 모두를 만족시킬 수 있는 소재 및 전극 개발 연구를 진행할 수 있음.
- 상용화 리튬이온전지, 전고체전지 비교 평가를 통한 소재의 물성 및 열화 메커니즘 분석은 기존 황화물계 전고체 전지 연구에서 부족한 부분이었던, 열화 메커니즘 분석 연구에 새로운 연구 방향을 제시해 줄 수 있음.
2) 상업적 의의
- 고안정성이 강조된 전고체 전지 연구로 리튬 이온 전지에 비해 상대적으로 부족한 현재 전지 시스템의 에너지 밀도 개선 가능함.
- 연구자가 제안한 전고체 전지 음극 소재 개발 연구는 취급하기 어렵고 가격이 비싼 리튬 금속과는 다른 상대적으로 가격이 저렴한 흑연을 사용하고 표면 개질 방법을 제공할 수 있으며, 비교적 안전하고 쉬운 합성 공정으로 전고체 전지의 혁신적인 고에너지 밀도의 음극 소재의 개발로 상용화를 앞당길 수 있음.
- 국가의 기술 경쟁력을 확보할 수 있으며, 미세먼지 감소와 같은 대기질의 개선으로 국민의 삶의 질이 개선하여 환경적으로도 영향을 줄 수 있는 의미 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 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• (1) 학문적 측면 ... 13
• (2) 연구적 측면 ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• (1) 성과 관리 추진체계 ... 13
• (2) 연구개발성과 활용분야 및 활용방안 ... 13
• (3) 추가연구 필요성 ... 14
• 6. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 끝페이지 ... 19