초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 기존 상업화된 리튬이온전지의 액체전해질의 화재, 폭발과 같은 고질적인 안정성 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 고효율, 가역적 전고체전지를 구현 하는 것을 목적으로 한다. 고효율, 가역적 전고체전지를 구현하기 위해 해결해야 할 과제는 전극과 전고체 전해질 사이의 화학적, 물리적 계면안정성을 확보하는 것이다. 고체 전해질과 고체전극들의 계면반응에 따라 계면 저항이 발생하여 셀 성능 저하의 주된 원인이 되고 있으며, 더욱 문제가 되는 것은 리튬메탈음극과 양극 소재 계면에서 모두 안정한 단일의 전고체 소재의

□ 연구개요
본 연구는 기존 상업화된 리튬이온전지의 액체전해질의 화재, 폭발과 같은 고질적인 안정성 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 고효율, 가역적 전고체전지를 구현 하는 것을 목적으로 한다. 고효율, 가역적 전고체전지를 구현하기 위해 해결해야 할 과제는 전극과 전고체 전해질 사이의 화학적, 물리적 계면안정성을 확보하는 것이다. 고체 전해질과 고체전극들의 계면반응에 따라 계면 저항이 발생하여 셀 성능 저하의 주된 원인이 되고 있으며, 더욱 문제가 되는 것은 리튬메탈음극과 양극 소재 계면에서 모두 안정한 단일의 전고체 소재의 부재이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 과제에서는 핵심 원천 기술로서 다음을 개발한다. ① 리튬메탈음극 대면용 리튬보호제 1전해질 설계, ② 고전압 양극대면 제 2전해질 설계, ③ 리튬메탈대면 고체전해질과 양극대면 고체전해질을 접합공정을 개발하여 양대면 계면 안정성을 가지는 Tandem 구조의 전해질 개발한다. 처음 2년 동안 핵심 원천기술을 개발하고 3차년도에는 개별 구성요소를 총괄 적용하여 고효율, 가역적인 전고체전지를 구현한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
● Li₂S/P₂S₅ 비율에 따른 증착 막 성분 분석 및 비율 최적화 완료 (3:1)
● 리튬대면 고체전해질 형성 공정 LiTFSI, LiFSI salt 2종류 이상 평가 완료
● 리튬 대칭전지 수명> 100 cycles @ 0.5 mA/cm², 0.5 mAh/cm² 평가 완료
● 리튬대면 고체전해질 두께 50 μm 이하 충족
● 고상반응에 의한 고체 전해질 합성 평가 완료: ball-milling을 통한 황화물계 고체 전해질 합성 및 평가, LATP pellet 제작 및 평가 완료
● 양극 활물질 코팅공정 평가 완료: LATP를 양극 활물질에 sol-gel법으로 코팅. LATP 0.3mol% 코팅으로 최적화.
● 양극용량 > 액체전해질 전지 대비 80%
● 고체 전해질 이온전도도: 0.97 mS/cm > 10^-6 S/cm @ 30 ℃
● Tandem 구조 전해질 적용 전고체전지 수명 10 cycle이상 달성 (진행중)

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
● 본 연구를 통해 개발된 리튬 대면 용액공정법, 양극 활물질 코팅공정 기술들은 전고체전지의 계면에 대한 부반응과 저항을 줄이고 안정성 향상으로 전고체전지의 성능을 크게 증가시킬 수 있으며 추후 전고체전지 상용화에 매우 중요한 요소 기술로서 활용될 것으로 전망 된다.
● 소재 안정성이 크게 증가된 고체 전해질의 개발로 전고체전지 개발을 가속화하며 우리나라의 연구개발 수준을 높여 과학적 국격을 함양하고 기술경쟁력을 확보하여 시장선점의 원동력으로 작용할 것으로 기대한다.
● 계면 반응에 대한 기초연구 및 고도전기화학분석에 대한 연구는 전고체전지 뿐 아니라 전기화학소자, 기능성 소재에 폭넓게 적용 가능하여 유관분야 학문발전에 활용될 수 있다.
● 국제공동연구를 통한 글로벌 네트워크의 확대로 최신연구 동향, 고도분석방법 개발에 대한 지식 공유, 아이디어 교환 및 도출이 가능하다.
● 연구를 통해 얻은 성과를 강연 등을 통한 발표로 후속세대의 연구 역량 강화에 기여하며 신진연구인력 및 대학원생들 간의 교류를 추진하여 후속세대의 글로벌 네트워크 형성을 통한 글로벌 역량 강화에 기여한다.

(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
• 1) 리튬메탈음극 대면용 리튬보호 제1전해질 설계 ... 5
• 2) 고전압 양극대면 제2전해질 설계 ... 7
• 3) 양대면 계면 안정성 tandem 구조 고체 전해질 개발 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 24
• 끝페이지 ... 33