본 연구는 기존 리튬이온전지가 가진 에너지 밀도의 한계를 극복하기 위해, 차세대 리튬금속이차전지용 리튬 도포 구리 집전체(Cu foil) 기술을 개발하고 이를 기반으로 한 Full cell 제조 및 신뢰성 평가 기술을 확립하는 것을 목표로 한다. 리튬금속은 높은 이론 용량과 낮은 전위로 이상적인 음극소재이지만, Li dendrite 성장과 계면 불안정성으로 상용화에 어려움이 있다. 연구에서는 먼저 Li 도포된 Cu foil의 전기화학적 특성을 평가하였다. Li/양극 Full cell 충·방전 전압 조건별 특성을 분석하고, 기존 Li-metal foil과 비교하여 성능 차이를 규명하였다. 또한 Li 도포 Cu foil에서 발생하는 dendrite 성장 거동을 관찰하여 안전성 저해 요인을 분석하였다. 계면 안정화를 위해, LiPF6 전해액 염의 함량 변화에 따른 특성 평가와 더불어, LiPF6를 대체할 신규 전해액 염 후보를 검토하여 Cu foil–Li 계면 반응 제어 기술을 개발하였다. 최종적으로, Li 도포 Cu foil을 활용한 파우치형 Full cell 설계 및 제조를 수행하였다. Full cell 제작을 위한 설계 인자와 공정 변수(전극 밀도, 코팅 조건, 적층 구조 등)를 도출하고, 신뢰성 평가를 통해 대형 셀 적용 가능성을 검증하였다. 본 연구를 통해 확보된 기술은 향후 중대형 리튬금속 이차전지 상용화에 핵심 기반을 제공할 것으로 기대되며, 전기차·에너지저장장치(ESS) 분야에서의 고용량·고안전성 전지 구현에 크게 기여할 것으로 전망된다.

자동차부품연구원

2015년 12월 - 2019년 11월