이차전지 시장이 급격히 성장함에 따라 효용만료로 폐기되는 이차전지 발생량도 증가하고 있으며, 이 에 대한 처리방안은 연구되고 있으나 상용 희소금속에 비해 회수한 소재는 복잡한 공정으로 인해 단 가가 높고 환경오염 문제도 심각하여 보다 간소화된 친환경적인 폐 리튬이차전지 처리방안이 필요한 실정이다. 신청자가 제안하는 폐 리튬이차전지 처리방안은 LiCoO2의 오랜 충·방전으로 인한 비가역적인 결정 구조 변화 및 Li손실을 재결정화하여 성능을 회복시켜 양극소재를 재생하는 것이다. 년도 정부출연금 (A) 기업체부담금 정부외 출연금 (E) 상대국 부담금 (F) 합계 G=(A+D+E) 참여 현금 연구원수 (B) 현물 (C) 소계 D=(B+C) 1 45,600 0 0 0 0 0 45,600 4 2 95,400 0 0 0 0 0 95,400 4 3 95,400 0 0 0 0 0 95,400 1 4 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 0 합계 236,400 0 0 0 0 0 236,400 9 23. 3. 6. 오후 7:28 연구사업통합지원시스템 https://ernd.nrf.re.kr/websquare/websquareview.do?w2xPath=/wsq/ac/AcpKorTmplView.xml 2/6 인건비 배터리 시장은 점차 고에너지밀도 특성을 가진 전극소재를 요구하고 있어 고용량 양극재 제조를 위한 합성기술 개발은 필수적이다. 고전압(≥4.5V)에서 양극재를 사용할 경우 용량의 증가를 가져올 수는 있으나 ①전이금속의 불안정성으로 인해 부반응문제와 ②전이금속 및 산소 용출로 인한 표면 열화문 제, ③결정구조의 비가역적 변화가 촉진되는 문제가 발생하기 때문에, 양극소재에 도핑을 통해 원소 종류 및 함량을 조절하여 성능이 개선된 양극소재를 합성하고자 하는 연구가 계속해서 진행되고 있 다. 본 연구과제 수행을 통해 기존의 폐 이차전지 내 양극소재 처리방안의 문제(높은 공정 위험도, 환경 오염 문제, 단가 상승, 등)를 해결할 뿐만 아니라 폐 양극재에 재결정화 및 도핑을 실시하여 고전압에 서 안정적으로 사용가능한 양극재 합성기술을 개발하고자 한다. 1차년에는 완전방전시 생성되는 부 동태 피막을 최소화하고, 바인더, 도전재를 완전히 제거할 수 있는 회수 전처리 조건을 탐색하고자 한 다. 2년차 연구내용은 폐전지에서 회수된 양극재의 물성분석을 바탕으로 전기화학적 성능 회복을 위 한 방향성을 정립함과 동시에 폐 양극재를 재결정화하여 성능을 회복시키고 결정구조, 형상 같은 물 성과 전기화학적 특성에 대한 데이터를 확보하고자 한다. 3차년도에는 1-2년차 연구내용을 바탕으로 폐 양극재 재결정화 과정에서 적용가능한 도핑 기술을 탐색하고, 고도분석(ToF-SIMIS, In-situ XRD, HR-TEM 등)을 통해 고전압에서 안정적인 사용 가능 유무에 대해 평가하고자 한다.

이차전지 시장이 급격히 성장함에 따라 효용만료로 폐기되는 이차전지 발생량도 증가하고 있으며, 이에 대한 처리방안은 연구되고 있으나 상용 희소금속에 비해 회수한 소재는 복잡한 공정으로 인해 단가가 높고 환경오염 문제도 심각하여 보다 간소화된 친환경적인 폐 리튬이차전지 처리방안이 필요한 실정이다. 신청자가 제안하는 폐 리튬이차전지 처리방안은 LiCoO2의 오랜 충·방전으로 인한 비가역적인 결정구조 변화 및 Li손실을 재결정화하여 성능을 회복시켜 양극소재를 재생하는 것이다. 배터리 시장은 점차 고에너지밀도 특성을 가진 전극소재를 요구하고 있어 고용량 양극재 제조를 위한 합성기술 개발은 필수적이다. 고전압(≥4.5V)에서 양극재를 사용할 경우 용량의 증가를 가져올 수는 있으나 ①전이금속의 불안정성으로 인해 부반응문제와 ②전이금속 및 산소 용출로 인한 표면 열화문제, ③결정구조의 비가역적 변화가 촉진되는 문제가 발생하기 때문에, 양극소재에 도핑을 통해 원소종류 및 함량을 조절하여 성능이 개선된 양극소재를 합성하고자 하는 연구가 계속해서 진행되고 있다. 본 연구과제 수행을 통해 기존의 폐 이차전지 내 양극소재 처리방안의 문제(높은 공정 위험도, 환경오염 문제, 단가 상승, 등)를 해결할 뿐만 아니라 폐 양극재에 재결정화 및 도핑을 실시하여 고전압에서 안정적으로 사용가능한 양극재 합성기술을 개발하고자 한다. 1차년에는 완전방전시 생성되는 부동태 피막을 최소화하고, 바인더, 도전재를 완전히 제거할 수 있는 회수 전처리 조건을 탐색하고자 한다. 2년차 연구내용은 폐전지에서 회수된 양극재의 물성분석을 바탕으로 전기화학적 성능 회복을 위한 방향성을 정립함과 동시에 폐 양극재를 재결정화하여 성능을 회복시키고 결정구조, 형상 같은 물성과 전기화학적 특성에 대한 데이터를 확보하고자 한다. 3차년도에는 1-2년차 연구내용을 바탕으로 폐 양극재 재결정화 과정에서 적용가능한 도핑 기술을 탐색하고, 고도분석(ToF-SIMIS, In-situ XRD, HR-TEM 등)을 통해 고전압에서 안정적인 사용 가능 유무에 대해 평가하고자 한다.

본 과제는 스마트폰, 전기차 등에 활용되는 리튬이차전지의 성능 향상을 위해 석유계 피치 기반의 도전재 및 바인더 제조와 응용 기술을 개발하는 연구임.연구 목표는 피치계 도전재 슬러리 기술 개발, 석유계 저급유 분석을 통한 피치 원료 선정 및 제조 공정 개발, 바인더용 피치의 물성 및 화학적 특성 확보, 그리고 전극 물성 및 전기화학 특성 분석에 있음. 핵심 연구 내용은 피치계 도전재의 분쇄 및 표면처리, 분산 슬러리 시스템 개발, 석유계 저급유 분석 및 피치 합성 공정 개발, 바인더용 피치의 물성 분석, 그리고 도전재의 전기화학적 성능 및 전극 분산도 평가 등임. 기대 효과는 기존 탄소계 도전재 및 고분자계 바인더를 석유계 피치 기반 소재로 대체하는 것임. 특히, 도전재 고형분 10% 슬러리와 연화점 100도, Coking value 48w% 피치계 바인더를 개발하여 상용성을 확보하고, 전극 성능 향상 및 리튬이차전지 산업 경쟁력 강화에 기여할 것으로 전망됨.

본 과제는 스마트폰, 전기차 등에 사용되는 리튬이차전지의 성능을 향상시키기 위해, 석유에서 얻어지는 피치(Pitch)를 활용하여 전지의 효율을 높이는 핵심 소재인 도전재와 바인더를 개발하고, 이를 실제 전지에 적용하는 기술을 연구하는 것임. 연구 목표는 Mesophase 피치 기반의 도전재 슬러리 상용화 기술 개발 및 공정 온도에 따른 바인더/도전재용 피치 특성 조절, Mesophase 피치계 바인더 적용 리튬이온전지 특성 분석, 고전도성 피치계 도전재 개발 및 전극 물성, 전기화학적 특성 평가에 있음. 핵심 연구 내용은 Mesophase 피치계 도전재 분쇄, 표면처리, 새로운 분산제 개발을 통한 슬러리 안정화 및 고형분 증대 실험 진행함. 또한, 피치 물성 조절 및 Mesophase 형성 메커니즘 분석, 바인더 적용 전극 슬러리의 열처리 조건별 바인딩 성능과 리튬이온전지 전기화학적 특성 비교 분석함. 기대 효과는 기존 탄소계 도전재 및 고분자계 바인더를 대체하는 석유계 피치 기반 도전재 및 바인더 합성 공정 확보에 있음. 연화점 230도, Mesophase 함량 70%의 도전재와 연화점 150도, Coking value 52w%의 바인더 개발을 통해 리튬이차전지 성능 향상 및 국산화에 기여할 것으로 전망됨.