초록 ▼

□ 연구개요
· 본 연구 과제는 기존 액체 전해질의 열악한 이온전달현상과 전극/계면 특성을 강화하기 위해 나노구조체 기반 콜로이드 전해질을 활용하였음. 이를 통해 리튬 덴드라이트 억제와 급속충전을 가능하게 함으로써 배터리의 에너지밀도를 높일 수 있음.
· 콜로이드 전해질에 사용되는 나노구조체의 고도화 및 다기능화를 통해서 이온 수송 특성과 SEI를 강화할 수 있는 나노구조체 디자인 원리를 정립하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
< 정성적 목표 >
① 나노구조체 최적 설계를 통한 다기능형 콜로이드 전

□ 연구개요
· 본 연구 과제는 기존 액체 전해질의 열악한 이온전달현상과 전극/계면 특성을 강화하기 위해 나노구조체 기반 콜로이드 전해질을 활용하였음. 이를 통해 리튬 덴드라이트 억제와 급속충전을 가능하게 함으로써 배터리의 에너지밀도를 높일 수 있음.
· 콜로이드 전해질에 사용되는 나노구조체의 고도화 및 다기능화를 통해서 이온 수송 특성과 SEI를 강화할 수 있는 나노구조체 디자인 원리를 정립하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
< 정성적 목표 >
① 나노구조체 최적 설계를 통한 다기능형 콜로이드 전해질 개발 및 설계인자 도출 (달성)
=> 나노구조체 최적의 크기/표면적 및 구조, 치환기 탐색 및 다기능성 부여에 따른 성능 향상
② 전극 부근 전해질 이온농도구배 극적완화를 통한 리튬이차전지 급속충전기술 확보 (달성)
=> NMC811||Gr 풀셀의 저온 (-20℃) 급속 충전 (10 C) 성능 평가, Bare 대비 68% 증가
③ 전극/전해질 계면 물성 강화를 통한 고용량 금속음극 덴드라이트 성장 억제 (달성)
=> SEI를 anion/additive-derived compound로 강화, Bare 대비 250 사이클 성능 향상

< 정량적 목표 >
① SCI(E) 논문 (IF>10) 4 편 (달성) => SCI(E) 논문 16편 (IF 12 이상의 논문 13편) 게재 완료
② 특허 (등록) 2 건 발표 (달성) => 특허 등록 2건 및 출원 4건 (국내 3건, 국외 1건) 발표

< 추가 연구과제 성과 >
· 최적의 나노구조체 치환기 및 구조 분석을 통한 나노 콜로이드 전해질 설계 디자인 원리 정립
· 외부 자문 및 전문가 초청을 통한 나노 재료 관련 전문가 네트워크 구축
· 최초혁신 실험실 구축: 국내 최초 비접촉/비파괴 배터리 내부 전류분포 이미징 장비 구축 완료
· 본 연구과제 수행을 통해 국내, 외 배터리 기업과의 산학 공동 연구과제 2건 발굴

□ 연구발성과의 활용계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
< 후속 연구 창출 가능: “첨가제 함유 나노캡슐 기반 콜로이드 전해질” >
· 나노 캡슐 기반의 콜로이드 전해질을 활용하여, 첨가 물질을 특정 조건에서 선택적으로 방출함으로써 배터리 성능 저하 완화를 도모.
· 리튬 전착 억제를 위한 비활성 리튬 재활용 첨가물과 배터리 열폭주 시 발열 차단/지연하는 열폭주 억제 첨가물 등 기능성 첨가물 (Core) 선정.
· 온도, 초음파, 자기장 등 외부 자극에 반응해 내부 첨가물을 방출할 수 있는 캡슐 외장재 (Shell) 선택
=> “Core-Shell” 형태의 나노 캡슐 구현 및 콜로이드 전해질 제작

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구개발의 필요성 ... 4
• 1.2 연구개발의 목적 ... 4
• 1.3 최종 연구 목표 ... 5
• 2 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 2.1 나노구조체 최적 설계를 통한 콜로이드 전해질 개발 및 설계인자 도출 ... 6
• 2.2 전극 부근 전해질 이온농도구배 완화를 통한 이차전지 급속충전기술 확보 ... 7
• 2.3 전극/전해질 계면 물성 강화를 통한 고용량 금속음극 덴드라이트 성장 억제 ... 9
• 3 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 3.1 연구개발과제의 수행 결과 ... 11
• 3.2 목표 달성 수준 ... 12
• 4 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 12
• 5 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6 자체점검표 ... 14
• 7 참고문헌 ... 14
• 끝페이지 ... 30