초록 ▼

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
□ 연구 개발 결과
◦ 고에너지 밀도 양극 소재
․ Hydrolysis 방식 및 고상합성을 통해 고전압 LiMn_01.5Ni_0.5O₄을 합성하였음. 용량 및 전압 확보를 위하여 NCM 622과 합성 양극을 60 (NMNO):40 (NCM) (질랑비)로 혼합하여, 초기가역 용량 168 mAh/g, 평균 방전 전압 4.9 V를 달성하였음.
◦ 고에너지 밀도 음극소재
․ 실리콘/탄소 seed를 사용하여, 전기화학

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
□ 연구 개발 결과
◦ 고에너지 밀도 양극 소재
․ Hydrolysis 방식 및 고상합성을 통해 고전압 LiMn_01.5Ni_0.5O₄을 합성하였음. 용량 및 전압 확보를 위하여 NCM 622과 합성 양극을 60 (NMNO):40 (NCM) (질랑비)로 혼합하여, 초기가역 용량 168 mAh/g, 평균 방전 전압 4.9 V를 달성하였음.
◦ 고에너지 밀도 음극소재
․ 실리콘/탄소 seed를 사용하여, 전기화학 방식으로 초박형 리튬 금속 증착을 성공적으로 달성하였고, 두께 25 ㎛에서 비용량 2,107 mAh/g을 달성함.
․ 증착된 리튬금속 음극을 통해 0.3 C에서 120 cycle에 96%의 용량 유지율을 달성 함.
․ 증착된 리튬 금속은 5 X 5 cm² 대면적에서 균일한 증착 특성을 확보함.
◦ 산화물 기반 복합고체전해질 소재
․ 기 개발된 산화물계 고체전해질을 80 wt.% 포함하고, PVDF-HFP 고분자를 5 wt.% 적용한 복합고체전해질을 가운데에 넣고 위와 아랫면에 고이온전도성 고분자 전해질을 배치하여, 30 ㎛ 두께의 3층 구조의 복합전해질을 구성함.
․ 평균 1.19 mS/cm의 이온전도도, 5V 이상의 전압안정성, 0.8 이상의 Li transference number 확보함
◦ 복합고체전해질 적용 코인셀 평가
․ LFP 양극을 적용한 코인셀에서 148 mAh/g의 초기방전용량을 확보하였고, 0.1C 100 cycle에서 98%의 용량 유지율을 보임.
․ NCM 양극을 적용한 코인셀에서 165 mAh/g의 초기방전용량을 확보하였고, 0.1 C 100 cycle에서 96%의 용량 유지율을 보임.
․ 3450 size 파우치셀에 적용하여 (LFP 양극) 초기 용량 4.5 mAh를 확보하였고, 100 cycle에서 97.5%의 용량 유지율을 보임.
․ 구부림과 절단 상황에서도 발화 및 폭발이 발생하지 않고 안정적으로 전지 구동함을 확인함.
◦ 계면용 고이온전도성 고분자 소재
․ 고분자와 최적화된 Plastic Crystal Electrolyte (PCE)로 구성된 고 이온전도성 계면 소재 개발함.
․ PCE 농도비가 1:19 mo1.% (LITFSI : SN)일 때, 평균 면저항 3.26 ohm·cm² 확보.
◦ 양극 전극 3D 패터닝 기술 개발
․ 고체전해질과 전극간 접촉 면적 증대를 위해 3D 프린팅 방식으로 NCM 전극을 제조함.
․ 전극 면적은 50 mm X 30 mm 이고 선폭은 150 ㎛, 간격은 50 ㎛, 높이 50 ㎛로 확보함.
◦ 전고체전지 구조 설계 및 제조, 평가
․ 전고체전지 스택셀을 제조하여 에너지밀도 314 Wh/kg을 달성 및 외부 시험 기관 인증 받음.
․ 전고체전지 수명은 100회 사이클에서 98%이상 용량 유지율을 달성하고, 외부 시험 평가를 통해 89.5%의 수명 유지율을 인증 받음.
․ 전고체전지의 급속충전 효율은 1C 충전 대비 6C 충전 비율로 81%를 달성하고 외부 시험 인증 결과 확보함.
․ 전고체전지 파우치셀의 안전성 평가 인증 결과 낙하, 열적 안정성, 과방전/과충전 평가에서 Hazard Level 2 이하의 안전성의 외부기관 인증 확보함.
․ 전고체 전지 대면적화를 위한 제작 기법 및 공정을 개발하여 225 cm²이상의 면적을 달성하고 외부시험 기관으로부터 인증 받음.
□ 연구 개발 활용 방안
◦ 이차전지 소재, 제조, 응용 산업에 활용
․ 기존 양극, 음극 소재의 한정된 성능 및 개발품의 정체현상으로 인해 신규 양극, 음극 소재에 대한 아웃소싱이 활발하여 연구 개발 활용 가능
․ 고에너지 밀도를 가지는 신규 활물질에 대한 기업 수요 증가 및 신규 업체의 진입, 등의 신규 시장의 생성 가능성이 매우 높음
․ 중저가의 이차전지 시장 신규 생성 및 이차전지에 대한 수요 증가 및 고에너지 밀도를 가지는 이차전지의 안전성 문제 대두로 (ESS 화재, 등) 전고체전지 수요 증가 예상되므로 개발된 전고체 전지 소재 및 설계, 제조 기술 활용 가능성 높음

(출처 : 요 약 문 7p)

Abstract ▼

Ⅳ. Result and Recommendations
□ Research and development results
◦ High energy density anode material
. High-voltage LiMn01.5Ni0.5O4 was synthesized through hydrolysis method and solid-phase synthesis. To secure capacity and voltage, NCM622 and synthetic anode were mixed at 60 (NMNO):40 (NC

Ⅳ. Result and Recommendations
□ Research and development results
◦ High energy density anode material
. High-voltage LiMn01.5Ni0.5O4 was synthesized through hydrolysis method and solid-phase synthesis. To secure capacity and voltage, NCM622 and synthetic anode were mixed at 60 (NMNO):40 (NCM) (Gelang ratio) to achieve an initial reversible capacity of 168 mAh/g and an average discharge voltage of 4.9 V.
◦ High energy density cathode material
. Using silicon/carbon seeds, ultra-thin lithium metal deposition was successfully achieved by electrochemical method, with a specific capacity of 2,107 mAh/g at a thickness of 25 μm.
. Achieved 96% capacity retention rate at 120 cycles at 0.3C through deposited lithium metal cathodes.
. The deposited lithium metal has uniform deposition properties over an area of 5 X 5 cm².
◦ Oxide-based composite solid electrolyte material
. A complex solid electrolyte containing 80 wt.% of the previously developed oxide-based solid electrolyte and 5 wt.% of PVDF-HFP polymer is placed in the middle, and a high-ion conductive polymer electrolyte is placed on the upper and lower surfaces to form a 30 μm thick three-layer composite electrolyte.
. Ion conductivity of 1.19 mS/cm average, voltage stability of 5 V or more, Li transference number of 0.8 or more
◦ Evaluation of complex solid electrolyte application coin cells
. The initial discharge capacity of 148 mAh/g was secured in the coin cell with LFP anode, and the capacity retention rate was 98% at 0.1C 100 cycles.
. The initial discharge capacity of 165 mAh/g was secured in the coin cell with NCM anode, and the capacity retention rate was 96% at 0.1 C 100 cycles.
. Applied to a 3450 size pouch cell (LFP anode), the initial capacity of 4.5 mAh was secured, and the capacity retention rate was 97.5% at 100 cycles.
. It is confirmed that there is no ignition or explosion even in the bending and cutting situation, and that the battery is stably driven.
◦ High-ion-conductive polymer material for interface
. Developed a high-ion conductive interface material composed of polymers and optimized Plastic Crystal Electrolyte (PCE).
. When the concentration ratio of PCE is 1:19 mo1.% (LITFSI:SN), the mean surface resistance is 3.26 ohm·cm²
◦ Development of anode electrode 3D patterning technology
. Manufacture NCM electrodes by 3D printing method to increase the contact area between the solid electrolyte and the electrode.
. The electrode area is 50 mm x 30 mm, the line width is 150 μm, the spacing is 50 μm, and the height is 50 μm.
◦ All-solid-state battery structure design, manufacturing, and evaluation
. By manufacturing all-solid-state battery stack cells, an energy density of 314 Wh/kg was achieved and certified by an external testing agency.
. The lifespan of the solid-state battery achieved a capacity retention rate of over 98% in 100 cycles, and a lifespan maintenance rate of 89.5% was certified through external testing and evaluation.
. The fast charging efficiency of the all-solid-state battery achieved 81% with a 6C charging ratio compared to 1C charging, and external test certification results were secured.
. As a result of the safety evaluation certification of the all-solid-state battery pouch cell, external agency certification of safety of Hazard Level 2 or lower was secured in drop, thermal stability, and overdischarge/overcharge evaluation.
. We developed manufacturing techniques and processes for large-area all-solid-state batteries, achieved an area of over 225 cm², and received certification from an external testing agency.
□ R&D utilization plan
◦ Used in secondary battery materials, manufacturing, and application industries
․ Due to the limited performance of existing anode and cathode materials and the stagnant phenomenon of developed products, outsourcing of new cathode and anode materials is active and can be utilized for research and development
․ The possibility of creating a new market such as an increase in corporate demand for new active materials with high energy density and entry of new companies is very high
․ All-solid-state battery materials and designs developed because the demand for all-solid-state batteries (ESS fires, etc.) is expected to increase due to the new creation of the mid- to low-priced secondary battery market, an increase in demand for secondary batteries, and the rise of safety issues for secondary batteries with high energy density; High potential for manufacturing technology

(source: SUMMARY 13p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• SUMMARY ... 10
• CONTENTS ... 16
• 목차 ... 19
• 그림목차 ... 22
• 표목차 ... 26
• 제 1 장 서 론 ... 27
• 제 1 절 개 요 ... 27
• 제 2 절 기술 개발 개요 ... 35
• 1. 기술의 주요 성과물 ... 35
• 제 2 장 본 론 ... 37
• 제 1 절 연구 개발 목표 ... 37
• 1. 최종년도 개발 목표 ... 37
• 제 2 절 연구 개발 결과 ... 45
• 1. 고전압 LMNO 양극소재 ... 45
• 2. Si-C seed를 이용한 초박형 고용량 리튬 음극소재 ... 56
• 3. 산화물 기반 복합 고체전해질 ... 65
• 4. 전고체 전지 제조 및 평가 ... 78
• 5. 고에너지밀도 전고체 전지 구조 설계, 제조 및 평가 ... 83
• 제 3 절 연구 개발 주요 성과 ... 104
• 1. 전고체전지 핵심 소재 및 개발 기술 ... 104
• 2. 전고체전지 구조 및 제조 기술 ... 109
• 3. 언론보도 성과 ... 112
• 제 3 장 결 론 ... 113
• 제 1 절 연구 개발 성과 활용 ... 113
• 1. 이차전지 소재·제조 산업 ... 113
• 2. 이차전지 소재 관련 산업 ... 114
• 3. 이차전지 제조 산업 ... 115
• 4. 전기자동차 산업 ... 116
• 5. ESS 산업 ... 116
• 6. 개발 성과물에 대한 활용 방안 ... 117
• 끝페이지 ... 120