초록 ▼

□ 연구개요
- 이차전지 개발에 있어 가장 핵심적인 전극/전해질 계면 문제에 초점을 맞추어 연구를 수행하였음. 우선 리튬 금속 및 황화물 고체전해질 기반의 민감소재에 대한 올바르고 정확하게 진단할 수 있는 고도분석 시스템을 구축하고, 체계적인 연구방법을 연계하여, 이차전지 분야에서 가장 도전적인 문제를 분석하고 해결하였음. 이는 차세대 고성능 이차전지를 구현할 수 있는 원천기술을 확보하는데 기여는데 있음.
- 다양한 분석 방법 중에서도 고분해능을 가지는 투과전자현미경에 대한 관심이 많았음. 그러나 현실적으로 투과전자현미경

□ 연구개요
- 이차전지 개발에 있어 가장 핵심적인 전극/전해질 계면 문제에 초점을 맞추어 연구를 수행하였음. 우선 리튬 금속 및 황화물 고체전해질 기반의 민감소재에 대한 올바르고 정확하게 진단할 수 있는 고도분석 시스템을 구축하고, 체계적인 연구방법을 연계하여, 이차전지 분야에서 가장 도전적인 문제를 분석하고 해결하였음. 이는 차세대 고성능 이차전지를 구현할 수 있는 원천기술을 확보하는데 기여는데 있음.
- 다양한 분석 방법 중에서도 고분해능을 가지는 투과전자현미경에 대한 관심이 많았음. 그러나 현실적으로 투과전자현미경에 대한 이해 및 지원여부, 혹은 이차전지내의 화학을 이해하는 전문성 부족 등의 문제로 이 연구에 대한 시도는 쉽지 않았음. 본 연구에서는 대기 비개방 극저온 투과전자현미경 분석법을 통해서 물질에 대한 현상 규명, 충·방전시 리튬 금속의 형성구조 관찰, 그리고 전극활물질의 표면 현상 관찰을 하는 기초연구를 기반으로 우수한 구조 및 소재를 분석하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 전자빔에 열악한 리튬금속의 음극 충·방전 거동 분석
- 리튬 금속은 리튬 이차전지에서 이상적인 음극활물질로 알려져 있음. 그러나 수지상 형성과 낮은 쿨롱효율을 보인다는 단점이 있어, 상용화에 매우 큰 어려움을 겪고 있음. 이에 리튬 금속의 수지상 형성 과정을 이해하려는 연구들이 이슈를 가지고 있음. 최근 들어 Science (2017)지와 Nature (2018)지에서 리튬 금속 관찰 연구에 대해 게재할 만큼 리튬 금속의 형성 과정에 대한 이해가 매우 중요함.
- 본 연구에서는 대기 비개방 극저온 투과전자현미경을 이용하여, 리튬금속의 충전 시 형성되는 수지상 형성에 대한 관찰하였음. 기존 연구와 차별성은 fluoroethylene carbonate-based electrolyte를 사용함으로써 수지상 형성을 제어하고, 일반 carbonate 전해질에서 형성된 수지상과의 결정방향에 대한 차이를 분석하고, 안정된 전착과정이 주는 리튬 금속의 원자레벨의 이해를 분석하였음.

- Cryo-TEM 등의 고도분석을 이용한 실시간 전극/전해질 계면 분석
- 리튬금속이 형성하는 계면층을 맞춤형 cryo-TEM 및 in situ TEM 및 in situ XPS 분석 시스템을 통해서 계면 구조 및 소재 개발에 핵심 정보를 분석하였음. 그 외에도 고분해능 EELS 적용을 통한 계면층 물성과 이온전도 특성 간의 상관관계 정립, 및 리튬금속계면 구조 최적화 등 다양한 고도분석 기술을 적용하여 이차전지 계면 기술개발에 정확한 정보와 효율적 개선안을 제공함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 이차전지는 그 이용 범위가 기하학적으로 증가하고 있고, 환경문제와 밀접하게 연계되어 있어 원천 기술을 확보할 경우, 경제적, 사회적 파급 효과가 막대할 것으로 전망됨. 특히 이번과제에서는 전극 물질을 개발하는데 도움을 줄 수 있는 첨단 분석기술의 핵심 분야이므로, 이차전지 연구에 중추적 역할을 할 것으로 기대됨. 또한 고체 내에서의 이온의 이동을 관찰하는 방법은 상전이 메모리나 전기변색소자 등의 폭넓은 분야로 확대되어 유용하게 이용될 수 있을 것임.

(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 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• 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 ... 12
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 31