초록 ▼

□ 연구개요
초장수명성 소재로 주목받고 있는 니켈계 층상구조 단결정 소재의 입계 성장 메커니즘에 대한 기초 연구를 바탕으로 합성과정에서 발생하는 단결정 내부의 국소 구조 결함이 전기화학적인 성질과 고전압 열화 거동과의 상관관계를 파악하였다. 또한 이러한 결함을 제어할 수 있는 전략으로 후열처리를 제시하고 후열처리 과정을 통해 단결정의 정합성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
[합성 메커니즘 탐색]
- 니켈 88% 이상의 조성에서 결정 성장 기구에 대한 이해를 TEM, XRD 및

□ 연구개요
초장수명성 소재로 주목받고 있는 니켈계 층상구조 단결정 소재의 입계 성장 메커니즘에 대한 기초 연구를 바탕으로 합성과정에서 발생하는 단결정 내부의 국소 구조 결함이 전기화학적인 성질과 고전압 열화 거동과의 상관관계를 파악하였다. 또한 이러한 결함을 제어할 수 있는 전략으로 후열처리를 제시하고 후열처리 과정을 통해 단결정의 정합성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
[합성 메커니즘 탐색]
- 니켈 88% 이상의 조성에서 결정 성장 기구에 대한 이해를 TEM, XRD 및 방사광 정밀 분석 장비를 이용해서 통계적으로 연구하였음.
- 고니켈 층상계 단결정 결정 성장 모델을 제시하였고 이 과정에서 생성되는 내부 국부 결함에 대해 정밀 원자 구조 분석을 통해 관찰하였음.
[고전압 열화 거동 이해]
- 고전압 (리튬금속 기준 4.6V) 작동 시 최적 조건에서 합성된 단결정의 경우 1C, 25℃ 조건에서 100 cycle 이후에 96%의 뛰어난 용량 유지율을 보임.
- 이 때 발생하는 기계적 열화와 단결정 합성 과정에서 발생하는 내부 결함 구조와의 상관관계를 확인하였음.
[합성 전략 제시]
- 단결정 내부의 정합성을 향상시키기 위해서 저온 범위의 후열처리를 통해 내부 결함 구조를 제어할 수 있음을 확인하였음.
- 정합성이 향상되었을 경우 소재의 에너지 밀도가 향상됨을 확인하였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
○ 산화물계 단결정 양극 소재의 원천 소재/합성 기술 구현: 본 연구과제를 통해서 결정 품질 제어가 가능한 새로운 고성능 단결정 양극재 합성법을 제안이 가능할 것으로 여겨지며, 이를 통해서 원천 소재 합성 기술 및 고품질 초격차 합성 기술을 개발, 이차전지 생산 선두 기술을 선점.
○ 고전압 & 고성능 이차전지 기술 획득: 기계화학적으로 안정하면서 동시에 고출력 및 고전압 구동이 가능한 미래형 니켈 산화물계 단결정 소재의 기초 기반 기술을 마련하여서 이차전지 산업에 기여.
○ 다른 산화물계 입자 성장에 대한 기초 연구: 단순 리튬 이차전지용 단결정 소재를 넘어선 다성분 산화물계 (Li, Na, K 포함된 전이금속 산화물) 소재들의 결정 성장/합성에 대한 기초 연구를 통해서 미래형 전지(소듐, 포타슘 전지) 혹은 산화물계 재료를 기반으로 하는 다양한 연구 분야에 새로운 시각 제공. 또한, 고온 결정 성장은 기초 재료 연구의 중요한 부분으로서, 재료 산업의 기초 연구로서의 활용 가치가 높다고 판단됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 고니켈계 단결정 합성/열화 메커니즘 이해의 필요성 ... 4
• 1-2. 단결정 소재의 고전압 작동과 열화 거동에 대한 이해 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 2-1. 전자현미경 및 방사광 장치를 활용한 결정 성장 과정 관찰 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 26