요약
전고체 전지는 리튬이온전지의 안전성과 에너지 밀도를 개선하기 위한 대안으로 떠오르고 있습니다. 이는 기존의 가연성 액체 전해질을 대신하여 폭발 위험성을 줄이고 고효율 에너지 저장을 가능하게 합니다. 무기계 고체 전해질과 고분자 바인더의 결합은 유연성과 기계적 안정성을 제공하며, 이온 전도성을 유지하면서도 얇고 유연한 전해질을 개발하는 데 기여합니다. 이를 통해 전고체 전지의 충방전 성능을 향상시켜, 다양한 응용 분야에서 고효율 에너지 저장 솔루션으로 자리잡을 수 있습니다.
기본 정보
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특허명: 산화물계 고체 전해질 시트, 그 제조방법, 상기 산화물계 고체 전해질 시트를 포함하는 전고체 전지 및 상기 전고체 전지의 제조방법
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발명자: 김태현 교수
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출원번호: 10-2021-0052378
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등록번호: 10-2501232
상세 정보
발명의 배경과 필요성
에너지 저장 기술과 전고체 전지의 발전
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리튬이온전지의 안전성과 에너지 밀도 향상 요구로 인해 고체 전해질을 사용하는 전고체 전지가 주목받고 있음. 이는 가연성 액체 전해질을 대체하여 폭발 위험성을 줄이고 에너지 밀도를 높일 수 있음
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무기계 고체 전해질은 높은 이온 전도도를 보이지만, 기존의 펠렛형 고체 전해질은 물리적 안정성 및 대면적 제작에 어려움이 존재함. 이에 따라 시트형 고체 전해질이 연구되고 있음
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특히, 무기계 고체 전해질과 고분자 바인더를 통한 결합은 유연성과 기계적 안정성을 제공하며, 전극과의 접촉을 향상시키고, 얇은 층 제작에 적합함
기술의 필요성
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기존의 고체 전해질은 높은 기계적 안정성이 부족하고, 두꺼워서 이온 전도도가 제한됨. 따라서, 이온 전도성을 유지하면서 얇고 유연한 전해질 개발이 요구됨
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고분자 바인더의 사용은 저항을 증가시킬 수 있는데, 적절한 혼합 비율과 소재 선택을 통해 이 문제를 최소화할 필요가 있음
구현방법
구체적인 구현 방법
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산화물계 고체 전해질, 고분자 바인더, 이온성 액체를 혼합하여 시트형 고체 전해질을 제조. 이온성 액체와 상호작용이 유리한 극성 작용기를 가진 고분자 바인더 사용
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혼합용액을 기판에 코팅하고 진공 건조하여 얇은 고체 전해질 시트 형성. 이는 슬러리 캐스팅 방법을 사용하여 고온 소결 공정 없이도 이루어짐
기술의 장점
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전기화학적 안정성 및 이온 전도도가 우수하고 전극과의 접착 강도가 개선됨
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충방전 성능의 개선으로 고밀도 에너지 저장에 유리함
실험 및 결과
실험의 목적 및 방법
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전고체 전지의 전기화학적 성능을 평가하기 위해 고체 전해질 시트를 제조한 뒤, 복합 양극과 결합하여 전지를 제작하고 충방전 용량 등 평가
실험 결과
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ISE-PVdF-IL 시트는 상온에서 높은 이온 전도도(1.15 x 10-4 S/cm)를 나타냈으며, 다른 바인더와 비교하였을 때 탁월한 성능을 보임
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각 실시예의 고체 전해질 시트는 안정적이며 높은 기계적 물성을 유지했음
발명의 활용 방안 및 기대효과
활용 방안
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에너지 저장장치와 전기자동차 등 다양한 분야에 응용 가능. 전고체 전지의 안정성과 효율성을 크게 향상시킴
기대효과
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전고체 전지의 시장에서 높은 수익성과 지속 가능한 성장 가능성 확보. 에너지 밀도와 안전성을 동시에 만족시킴으로써 기존 리튬이온전지를 대체할 수 있는 가능성 제시
시장 동향
전고체 전지 시장
고체 전해질 기술 동향
에너지 저장 기술 응용
전기자동차 배터리 기술
대표도면
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