김점수 연구실은 고용량 니켈계 양극소재의 합성과 표면 개질 기술을 중점적으로 연구하고 있습니다. 최근 전기자동차 및 에너지 저장장치(ESS) 시장의 성장에 따라, 리튬이온전지의 에너지 밀도와 충·방전 속도, 수명 특성 향상이 필수적으로 요구되고 있습니다. 이를 위해 연구실에서는 니켈 함량이 80% 이상인 Ni-rich NCM(Ni-Co-Mn) 양극소재의 합성 조건 최적화, 입자 크기 및 구조 제어, 그리고 표면 개질을 통한 전기화학적 성능 개선에 집중하고 있습니다. 특히, 표면 개질 기술은 양극소재의 안정성 향상과 수명 연장에 중요한 역할을 합니다. 연구실에서는 금속 산화물(TiO2, SiO2, Ta2O5 등) 코팅, 도펀트(Dopant) 도입, 잔류 리튬 제거 등 다양한 표면 처리 방법을 개발하여, 고전압 환경에서의 구조적 붕괴 억제와 부반응 최소화를 실현하고 있습니다. 이러한 기술은 실제 산업 현장에서 대량 생산이 가능한 공정으로 확장될 수 있도록 연구되고 있습니다. 이러한 연구를 통해 개발된 고용량 니켈계 양극소재는 기존 대비 높은 초기 방전용량과 우수한 용량 유지율, 그리고 급속 충전 특성을 보유하고 있습니다. 또한, 표면 개질을 통한 내구성 향상으로 전지의 장기 신뢰성 확보에 기여하고 있으며, 차세대 전기차 및 대용량 에너지 저장장치에 적용될 수 있는 핵심 소재 기술로 자리매김하고 있습니다.

연구실은 이차전지의 성능과 수명을 결정짓는 핵심 요소 중 하나인 전해질 및 전극계면 안정화 기술에 대한 연구도 활발히 수행하고 있습니다. 리튬이온전지, 리튬금속전지, 나트륨이온전지 등 다양한 차세대 이차전지 시스템에서 전해질과 전극 계면에서 발생하는 부반응은 전지의 효율 저하와 수명 단축의 주요 원인입니다. 이를 해결하기 위해 연구실에서는 다양한 전해질 첨가제 개발, 전해질 조성 최적화, 계면 보호막 형성 기술 등을 연구하고 있습니다. 특히, 금속 산화물 및 인산염 기반의 표면 코팅, 전해질 첨가제(TMSP, LiBOB 등) 도입을 통해 양극 표면에서의 전해질 분해 억제와 계면 저항 감소를 실현하고 있습니다. 또한, 전고체 배터리용 계면 안정화 기술, 리튬금속 음극의 덴드라이트 성장 억제, 고전압 환경에서의 전해질 안정성 확보 등 차세대 배터리 기술의 상용화를 위한 다양한 계면 제어 전략을 제시하고 있습니다. 이러한 연구는 실제 논문과 특허, 산학협력 프로젝트로 이어지며, 전지의 고출력·고에너지밀도 구현, 급속 충전, 장수명화 등 다양한 응용 분야에서 실질적인 성과를 창출하고 있습니다. 계면 안정화 기술은 전지의 안전성과 신뢰성 확보에 필수적이며, 미래 친환경 모빌리티 및 에너지 저장 시장에서 경쟁력 있는 핵심 원천기술로 평가받고 있습니다.

김점수 연구실은 리튬이온전지 외에도 나트륨이온전지, 마그네슘전지 등 차세대 이차전지 소재 개발에도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 리튬 자원의 한계와 가격 변동성에 대응하기 위해, 나트륨 및 마그네슘과 같은 풍부한 원소를 활용한 이차전지 시스템이 주목받고 있습니다. 연구실에서는 나트륨이온전지용 고용량 층상계 산화물 양극소재, 마그네슘전지용 Chevrel Mo6S8 기반 양극소재 등 다양한 소재의 합성, 구조 제어, 전기화학적 특성 평가를 진행하고 있습니다. 특히, 나트륨이온전지 분야에서는 Ni-Fe-Mn 기반의 O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 양극소재, Prussian Blue 유도체, 다양한 도펀트 및 표면 개질 기술을 적용하여, 높은 에너지 밀도와 우수한 사이클 특성을 구현하고 있습니다. 마그네슘전지 분야에서는 입자 크기 제어, Cu 도핑, 전해질 최적화 등을 통해 Mg2+ 이온의 삽입/탈리 효율을 극대화하고, 전지의 실용적 적용 가능성을 높이고 있습니다. 이러한 차세대 이차전지 소재 연구는 에너지 저장장치, 대용량 ESS, 친환경 모빌리티 등 다양한 산업 분야에서 리튬 대체 기술로서의 가능성을 제시하고 있습니다. 연구실의 축적된 합성 및 계면 제어 기술은 차세대 전지 소재의 상용화와 미래 에너지 산업의 지속가능성 확보에 크게 기여하고 있습니다.