핵심 연구 1. (Li-Si hybrid 음극재 연구/개발): 기존 고용량 음극재 (Si 및 Li)를 이용한 새로운 복합체(Li/Si 하이브리드 음극재) 합성이 본 연구의 목표임. 이를 위해 수학적 계산 (Si 또는 Li의 부피팽창을 수용할 수 있는 공간)을 통해 리튬을 수용할 수 있는 다공성 카본 지지체를 합성함. 리튬을 안정적으로 수용하게 하는 실리콘 음극재의 안정성을 최대화시키기 위해 최적의 비율을 갖는 Si/C 농도 구배층을 카본 지지체에 코팅(CVD 방법)할 예정이며 본 방법은 기존에 실리콘 음극재가 갖고 있는 원천적인 문제 (부피 팽창에 의한 구조 변화)를 해결할 수 있는 전략으로도 사용 가능함. 합성된 물질을 물리화학적 분석을 통해 카본, 실리콘 및 리튬의 특성을 확인할 예정이며 전기화학적 방법을 통해 농도구배층이 코팅된 다공성 카본안에 리튬 증착의 안정성을 확인할 예정. 더 나아가, 상용화 단계까지의 성능을 위해 물질이 가져야 할 물성들을 미세구조 단위에서 제시하고 연구하고자 함. 핵심 연구 2. (고체 전해질 연구/개발): Li-Si hybrid 음극재의 충방전시의 안정성을 높이기 위해서 높은 이온 전도성을 갖는 고체 전해질의 도입 및 고제 전해질의 표면 개질에 관한 연구가 목표임. 이를 위해 이온 전도성이 가장 높은 황 계열의 전고체 전지를 채택할 예정이며 고체 전해질 자체의 입도 분포, 결정립 (크기, 형상, 범위), 결정립계 (입계각, 입계구조) 그리고 결함(전위, 기공)등의 미세조직에 관한 체계적인 연구/개발을 진행하고자 함. 이와 더불어 전고체의 이온/전기 전도성의 극대화를 위해 나노 입자 형태의 코팅을 도입할 예정임. 핵심 연구 3. (전고체 전지 연구/개발): Li-Si hybrid 음극재를 이용한 전고체 전지 제작을 통해 고밀도/고안정성 배터리 개발이 목표임. 이를 위해 합성 및 최적화된 음극재 및 고체 전해질을 이용하여 전극 및 분리막을 제작할 예정이며 이를 이용한 셀 제작 후 충/방전 과정에서 발생하는 물질의 결정 구조 변화 및 리튬 증착 현상 관찰에 초점을 맞추어 분석할 예정. 또한, 리튬 이온의 확산 속도 및 열화 메커니즘을 면밀히 분석하여 최적의 Li-Si hybrid 음극재 및 전고체 전지를 제작함과 동시에 파우치 풀 셀을 제작하여 상용화 가능성을 제시하고자 함.