초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 고용량/고효율/장수명 패러독스 음극 성능 구현을 위해 다기능성 화학적 리튬화 및 혼합음극 맞춤형 고결착 바인더를 핵심기술로 개발하여 실리콘 함량 40% 이상의 고용량 흑연-실리콘계 혼합음극의 초기효율과 수명 문제를 해결할 기술적 돌파구를 마련함.

□ 연구 목표대비 연구결과
- (고환원성 유기염 구조 및 조성 제어) 고용량 혼합음극의 화학적 사전리튬화에 적합한 환원전압과 안정성을 가지는 고환원성 유기분자는 DFT 계산에 기반한 분자구조 설계를 통해 도출함. 혼합음극 내 흑연과 실리콘의 화

□ 연구개요
본 연구는 고용량/고효율/장수명 패러독스 음극 성능 구현을 위해 다기능성 화학적 리튬화 및 혼합음극 맞춤형 고결착 바인더를 핵심기술로 개발하여 실리콘 함량 40% 이상의 고용량 흑연-실리콘계 혼합음극의 초기효율과 수명 문제를 해결할 기술적 돌파구를 마련함.

□ 연구 목표대비 연구결과
- (고환원성 유기염 구조 및 조성 제어) 고용량 혼합음극의 화학적 사전리튬화에 적합한 환원전압과 안정성을 가지는 고환원성 유기분자는 DFT 계산에 기반한 분자구조 설계를 통해 도출함. 혼합음극 내 흑연과 실리콘의 화학적 리튬화 반응의 메커니즘을 심층적으로 분석하고 사전리튬화 용액의 용매화력 조절을 통해 이종의 활물질을 동시에 안정하게 화학적 리튬화 할 수 있는 용액 조성을 도출함.
- (고성능 인공계면 설계) 사전리튬화 시 전극 표면의 반응성을 활용하여 인공적인 계면을 형성하고, 높은 산화환원 전압을 가지는 레독스 분자를 통해 잉여 리튬을 제거해 주는 화학적인 방법의 화성을 구현함. 이 때 첨가제 등 반응 용액의 조성을 최적화함으로써 수명 및 율속 특성이 인공계면 조성을 확보함.
- (고결착 바인더 개발) 고분자바인더의 물성 제어 및 최적화를 통해 복합전극 내 실리콘의 부피 변화에 대응할 수 있는 방안을 제시함. 고탄성 Poly(urea-urethane)과 Polyacrylic acid를 가교 반응으로 직조하여 바인더의 인성을 크게 증가시킴. 고결착 바인더 적용 시 크리프 회복 및 스트레스 완화 거동이 향상되어 외부 응력에 효과적인 대응이 가능함. 이를 통해 실리콘 고함량 전극의 구조적 안정성이 크개 개선됨.
- (고에너지밀도 풀셀 성능 확보) 최적화 된 사전리튬화 용액을 활용해 SiOx 50wt%를 함유한 복합 전극에서 99% 이상의 음극 초기효율과 300 사이클 이상의 안정적인 수명특성을 확보하였고, 풀셀의 에너지밀도 506 Wh/kg을 달성함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 본 연구개발을 통해 고용량 음극 합성 및 고도화 기술을 확보하였고, 특히 개발된 화학적 리튬화, 고결착 바인더, 인공계면 설계 등의 핵심기술은 고용량 음극뿐 아니라 다양한 차세대 에너지저장 소재 고도화를 위한 응용 기술로 확장 가능성이 높음.
- 다기능성 화학적 리튬화 기술은 용액 기반의 롤투롤 공정에 적합하여 기존 사전리튬화 기술의 한계를 극복할 수 있음. 또한 본 연구에서 화학적 리튬화에 최초로 도입하는 인공계면 형성 기술은 높은 신규성 및 원천성을 가지며 화학적 리튬화 기술 고도화를 통해 상용화 가능성을 높임.
- 혼합음극용 맞춤형 바인더 개발 기술은 기존 순수 실리콘계 음극용 바인더 소재의 단순 적용에서 비롯되는 기술적 한계를 해결할 수 있는 돌파구가 되어 고용량 음극 시스템 구현의 필수 요소가 되며, 이를 통한 바인더 신소재 개발의 플랫폼 확장에 기여할 것으로 기대함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구의 필요성 ... 4
• 2) 본 연구개발의 중요성 및 차별성 ... 5
• 3) 연구개발과제의 최종 목표 ... 6
• 4) 연구개발과제의 내용 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 가. 혼합음극용 고안정/고효율 화학적 리튬화 반응 설계 ... 7
• 나. 화학적 리튬화 연계 고안정 인공계면 형성 ... 8
• 다. 고결착 바인더 적용 혼합음극 접착 안정성 확보 및 성능 최적화 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 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. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 끝페이지 ... 41