차세대 리튬금속전지 연구개발을 위한 코인형 전지의 효율적 설계

From Course@DGIST
Jump to navigation Jump to search
차세대 리튬금속전지 연구개발을 위한 코인형 전지의 효율적 설계
제안자 이홍경
자문교원 이홍경
연도 2020
타입 A형 과제
코스 장영실
매칭여부 Yes
참여학생수 4
소개동영상

제안 배경

  • (기술 배경) 고용량 리튬 금속 음극을 포함하는 리튬 금속 전지는 배터리의 고에너지밀도 구현을 위한 차세대 배터리 시스템 후보군으로 대두됨.
  • (이론적 한계) 충전 과정 중 침상형태 (덴드라이트)의 전기화학적 리튬도금은 전지의 안전성 위협 및 전지 수명을 열화시킴.
  • (기술적 한계) 기존의 리튬 이온 배터리와 달리 전극의 부피 팽창 및 극심한 전해액 소모를 유발하기 때문에 전지열화거동이 불규칙적이고 성능 예측이 매우 어려움. 상용 제품 개발을 위한 코인셀 실험에서 조차 전기화학적 성능의 재현성 및 신뢰성을 확보하기가 어려워 상용전지개발에 비효율적임. 이에 따른 연구개발의 시간 및 비용 소모가 증대됨.
  • (접근법 및 기대효과) 이에 연구진은 효율적 코인셀 구조 개선과 효율적 설계법을 통해서 코인셀 연구 결과의 재현성/신뢰성을 확보하여 차후 개발될 상용 리튬 금속 전지의 성능 예측에 기여. 이를 통해 보다 신속하고 비용효율적인 연구방법을 제안 및 산학협력 연구개발에 기여함.

과제 목표

  • 배터리 타입에 따른 전지 구성 및 기하학적 구조 차이 이해
  • 리튬 금속 전지 내 리튬 음극의 기계적/화학적 구조 진화과정 관찰 및 전지 열화 메커니즘 이해
  • 전기화학적 성능 결과의 신뢰성 향상을 위한 코인셀의 효율적 설계 방법 제안
  • 수행된 기초연구를 바탕으로 제작된 코인셀 검증 및 실용화 가능성 검토

과제 내용

가. 리튬 금속 전지용 코인셀 제작 및 신뢰성 평가

1) 고에너지밀도 구현을 위한 리튬 금속 전지 구성 및 설계 기술 이해
2) 코인셀과 상용 파우치셀의 전지 구성 및 구조 차이 이해
3) 코인셀 제작 방법 습득 및 성능/신뢰성 평가 

나. 리튬 금속 전지 열화 원인을 이해하고 이를 효과적으로 개선하는 방안 탐구

1) 전자현미경 (SEM)을 통한 리튬 음극의 기계적/화학적 구조 진화과정 관찰 및 메커니즘 이해
2) 배터리 재료의 변수 (리튬 금속 두께, 전해액 질량 등) 조절에 따른 코인셀 성능 변화 관찰 
3) 코인셀 부품 개선을 통한 리튬 금속 전지 코인셀 성능 평가
4) 기하학적 구조 변화를 통한 리튬 금속 전지 코인셀 성능 평가

다. 리튬 금속 전지용 코인셀 개조 및 설계

1) 코인셀 전지의 신뢰성 확보를 위한 기능성 재료 탐색 및 설계 방안 모색
2) 기능성 전지 부품 소재의 도입을 통한 리튬 금속 전지 성능 평가 및 신뢰성 확보
3) 학회 발표 경험 및 특허 출원을 통한 지식재산권 확보

참고자료

희망학생