고전압(4.5V이상)에서 구동가능한 220mAh/g급 고안전성 하이망간 양극 소재 대량 생산 기술 개발

본 사업은 배터리와 전기전자 분야의 글로벌 경쟁 심화, 전기차 확산, 탄소중립 요구, 데이터센터 에너지 관리 강화 등 산업 환경 변화에 대응하기 위해 핵심 기술을 확보하려는 목적에서 추진됩니다. 올해 공모는 배터리 소재·공정·시스템부터 조명·전자·데이터센터 열관리까지 총 7개 분야에서 신규 R&D를 지원하며, 기업·대학·연구기관 모두 참여할 수 있습니다. 국가 산업 생태계를 고도화하고 미래 시장을 선도할 기술 확보를 목표로 하며, 산업별 수요기업과의 협력을 통해 사업화 중심의 연구개발을 강조하는 것이 특징입니다.

이 과제는 기존 LFP나 하이니켈 양극 소재의 한계를 넘는 고성능·고안전·고생산성 하이망간 층상계 양극 활물질을 개발하는 데 목적이 있습니다. 이를 위해 망간 60% 이상 기반의 리튬 과량 조성 설계, 고전압 안정화 기술, 도핑·코팅 기반 계면 안정화, 고밀도 입자 구조 설계 등을 종합적으로 연구합니다. 또한 일일 1,000kg 규모의 양산 공정 확립을 목표로 하며, 방전 용량 220mAh/g 이상, 용량 유지율 85% 이상 등 정량 목표를 충족하는 실용 수준의 소재 확보를 지향합니다. 최종적으로 차세대 고에너지 배터리 상용화에 필요한 TRL 4~7단계 기술을 확보하는 것이 목표입니다.

본 과제는 차세대 전기차 및 에너지저장장치 시장에서 요구되는 고에너지밀도·고안전성 배터리를 구현하기 위해 하이망간 양극 소재의 설계부터 양산 공정까지 전 주기를 개발하는 것을 목표로 합니다. 주요 연구 내용은 다음과 같습니다. 1. 소재 조성 및 구조 설계 - 망간 60% 이상 기반의 리튬 과량 층상계 조성을 설계해 고용량을 확보합니다. - 4.5V 이상의 고전압에서도 구조 안정성을 유지하도록 결정 구조를 최적화합니다. 2. 계면 안정화 및 내구성 향상 기술 개발 - 도핑 기술을 통해 전도성 및 열안정성을 강화합니다. - 코팅 기반 계면 안정화 기술로 충·방전 반복 시 열화와 수명 저하를 최소화합니다. 3. 입자 구조 및 제조 공정 고도화 - 고밀도 입자 설계, 입도 분포 제어를 통해 고에너지밀도화 성능을 실현합니다. - 열처리 공정을 최적화하여 소재 균일성과 생산성을 동시에 확보합니다. 4. 양산 스케일업 공정 구축 - 하루 1,000kg 수준의 대량 생산이 가능한 공정을 실증합니다. - 개발된 소재는 연계 세부과제(예: 전극·셀 제작)에 제공되며, 요구 성능(면적당 용량 ≥4.0mAh/cm2)을 만족해야 합니다. 5. 성능 검증 및 수요기업 협력 - 수요기업이 실제 배터리 시스템에서 성능을 검증하며, 개발 소재의 상용화 가능성을 평가합니다. - 방전 용량, 고온·상온 사이클 수명, 급속충전 대응성 등 정량 목표를 충족하는지를 확인합니다. 이 과제를 통해 기업은 차세대 고성능 배터리 핵심 소재를 확보하고, 향후 전기차·ESS·산업용 배터리 시장에서 경쟁력을 강화할 수 있는 기반을 마련할 수 있습니다.