본 연구는 차세대 전기자동차용 리튬이온이차전지(LIB)에서 요구되는 고에너지밀도와 고안정성을 동시에 만족하기 위해, 망간(Mn)/타이타늄(Ti) 이원계 층상구조 양극산화물을 개발하는 것을 목표로 한다. 기존 상용 NCM811, NCM622 양극소재는 높은 용량을 제공하나, 입자 표면의 불안정성과 고온에서의 수명 저하로 인해 안전성 문제가 지적되어 왔다. 이를 해결하기 위해, 본 연구에서는 Ti 치환 기반 LiMnO₂ 구조를 핵심으로 한 새로운 양극소재 조성을 설계하고, 알칼리 이온 함량 조절 및 고상합성 공정 최적화를 통해 구조적 안정성과 가역 용량을 향상시킨다. 2차년도에는 기능성 나노소재(예: 탄소나노튜브, Al₂O₃)를 적용한 균일 표면 코팅 기술을 개발하여 입자-전해질 계면의 안정성을 확보하고, 3차년도에는 이를 기반으로 한 고온 충·방전 신뢰성 평가(25℃ vs. 50℃) 및 Ex-situ/in-depth 전기화학 분석을 수행하여 열적 안정성과 수명 특성 향상 원리를 규명한다. 최종적으로 개발되는 Ti 치환 LiMnO₂ 양극소재는 단독으로 사용하거나 기존 NCM 계열 소재와 혼합 적용할 수 있어, 전기자동차용 LIB의 고용량·고안전성 양극재로 활용 가능성이 높다. 또한, 본 연구는 LiMnO₂ 관련 원천 기술 확보 및 국내 기업과의 기술이전·사업화를 통해 국내 이차전지 산업의 경쟁력 강화와 글로벌 시장 진출에 기여할 것으로 기대된다.

서울과학기술대학교, 한림대학교

2021년 5월 - 2024년 1월