초록 ▼

◻ 연구개요
본 연구는 고용량 리튬 이온 이차전지의 액체 기반 전해질을 고체 전해질로 전환하는데 필요한 이상적인 고체 황화물계 소재를 개발하고 제안한다. 새로운 비정질의 phosphorus free chalcogenide 화합물와 저차원 금속 2D chalcogenide 화합물의 소재를 설계하고 합성하였다. 이온 전도도를 높이고 구조 내 전기화학적 안정성을 높이기 위하여 다른 산화가 원자 치환과 박리화 등 다양한 전략을 사용하였고 비정질 구조 황화물 소재의 전해질로써의 가능성과 이점을 제시한다.

◻ 연구 목표대비

◻ 연구개요
본 연구는 고용량 리튬 이온 이차전지의 액체 기반 전해질을 고체 전해질로 전환하는데 필요한 이상적인 고체 황화물계 소재를 개발하고 제안한다. 새로운 비정질의 phosphorus free chalcogenide 화합물와 저차원 금속 2D chalcogenide 화합물의 소재를 설계하고 합성하였다. 이온 전도도를 높이고 구조 내 전기화학적 안정성을 높이기 위하여 다른 산화가 원자 치환과 박리화 등 다양한 전략을 사용하였고 비정질 구조 황화물 소재의 전해질로써의 가능성과 이점을 제시한다.

◻ 연구 목표대비 연구결과
본 연구는 기존의 3상 황화물계 물질들을 조사하고 새로운 구조를 합성하여 고체전해질로 응용하고 전고체 배터리 특성 평가를 통해 전해질의 전기 화학적 안정성을 평가하는데 목표를 두고 수행되었다. 새로운 비정질 황화물인 LiSbGeS₄과 LiSbGe_(4-x)/₄S_4-xCl_x을 설계, 합성하였고 XRD, Raman, XPS, XAS 등으로 비정질 물질의 국소 원자 구조를 분석하였다. 전기화학특성평가를 위해 EIS 방법으로 impedance를 측정하였고 초기물질과 Cl치환한 물질에서 각각 2.0 X 10^-7 S/cm과 4.3 X 10^-4 S/cm의 이온전도도를 얻어 음이온 치환을 통해 약 2000배 상승한 전해질 특성을 달성하였다. 현재 리튬 금속 음극과의 안정성 평가를 진행중에 있다.
또한 저차원의 2D 황화물계 물질을 합성하고 용액 내에서 박리화해 구조의 무질서함을 유도하고 다시 적층하여 비정질의 2D 황화물을 설계, 합성하였다. 박리 된 저차원 2D Li_0.6[Li_0.2Sn_0.8S₂]를 동결 건조 후 재적층하여 비정질의 저차원 고체전해질을 제작하고 박리 전의 초기 물질보다 약 2배 상승한 이온전도도 1.39 X 10^-5 S/cm 달성하였다.

◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구는 비정질 황화물계 고체전해질의 연구 개발 전략과 분석을 제시하였다. 황화물은 산업적으로 생산비용을 줄일 수 있는 소재로 유망하며, 비정질 소재의 연구는 아직 미비한 부분이 많지만, 비등방성과 계면저항이 적기 때문에 리튬 이온의 이동에 이점이 있다. 본 연구에서는 실험적인 측면에서 비정질 물질에 대한 고체 전해질 소재의 가능성에 대하여 탐구하였으며 향후 시뮬레이션 등을 통하여 메커니즘에 대한 심화된 연구가 될 수 있다. 또한 유리결정질 소재의 음이온 치환과 층상구조의 박리화로 안정한 황화물계 소재의 가능성을 제시하였고 이러한 전략은 고체전해질의 새로운 응용과 다른 전기화학적 분야로의 응용 가능성을 보여준다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구개발의 최종 목표 ... 4
• 1-2. 연구개발의 목적과 필요성 ... 4
• 1-3. 연구 가설 및 범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 2-1. 이론적 접근 방법 ... 6
• 2-2. 실험적 접근 방법 ... 7
• 2-3. 연구개발과제 수행 과정 및 내용 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 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. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 끝페이지 ... 34