윤정식 조교수

고용량 Ni-rich(Ni≥80%) 양극재는 고전압 구동 시 표면 부반응과 수분 및 공기 노출에 의한 성능 저하가 발생하여 상용화에 제약이 있었습니다. 이를 해결하기 위해 산화물 및 불소계 이중 코팅과 LFP 블렌딩을 통한 표면개질 기술을 개발하였으며, 단결정 Ni-rich(≥90%) 양극재와 전고체 전지용 고니켈 양극재 코팅기술 연구를 수행하였습니다. 개발된 기술은 리튬이온전지 고에너지밀도 양극재 및 전고체 전지용 양극재에 적용되고 있습니다. 수분 노출 후에도 방전 용량 유지율 95% 이상을 확보하였으며, 초고용량(≥220 mAh/g) 단결정 양극재 개발 과제를 수행하였습니다. 현재 파우치 셀 수준의 실증 시험을 완료하여 대규모 양산 가능성을 검증하는 TRL 5 단계에 있습니다.

리튬이온전지 대비 안전성이 높은 전고체 전지의 상용화를 위해서는 상온에서 높은 이온전도도를 가지면서 유독가스(H2S) 발생이 적은 황화물계 고체전해질 개발이 반드시 필요합니다. 이를 해결하기 위해 이중 할로겐 및 다중 금속 도핑을 이용한 High-Entropy Doping 전략을 고안하였으며, 이를 통해 결정 구조 내 이온 이동 경로를 최적화한 초이온성 전도 황화물 고체전해질을 합성하는 데 성공하였습니다. 개발된 황화물계 고체전해질은 전고체 리튬이온전지의 핵심 소재로 적용되고 있습니다. 연구 결과 상온 이온 전도도 1.1 mS/cm를 달성하였으며, 기존 조성 대비 유독가스(H2S) 발생량을 40% 이상 저감하는 성과를 확보하였습니다. 현재 소재 합성법 확립과 상온 전도성 메커니즘 규명을 완료하여 연구실 규모에서 검증을 마친 TRL 4 단계에 있습니다.

리튬 자원을 대체하기 위한 나트륨이온전지 상용화 과정에서 P2-type 양극재는 풀셀 구성 시 용량 저하 및 초기 용량 손실 문제가 발생하여 이를 해결하기 위한 연구를 수행하였습니다. Pre-Sodiation 기술과 하이엔트로피 도핑기술을 통해 P2-type 양극재의 초기 용량을 개선하였으며, 전기화학적 증착법을 기반으로 프러시안 블루 유사체(PBA)를 합성하고 결정화를 제어하는 기술을 개발하였습니다. 개발된 기술은 SCIRES 협력 과제를 포함한 나트륨이온전지 셀 개발에 적용되고 있습니다. 60C의 고속 충전 조건에서 3,000회 사이클 후에도 용량 유지율 90%를 달성하는 성과를 확보하였습니다. 장기 수명 특성과 고속 충방전 가역성을 확보하여 신뢰성 평가 및 시제품 제작 단계인 TRL 4-5 수준에 도달하였습니다.