마이크로파 20분으로 만드는 다공성 산화철 음극재 — 흑연의 3배 용량을 100번 충·방전해도 그대로
기관·연구자 한국기초과학지원연구원(KBSI) · 등록특허 10-1983046TRL 코인셀 전기화학 평가 완료 업데이트 중 · TRL 등급
초기 충·방전 효율
95.9%
방전용량 1,166.9 mAh/g흑연(372 mAh/g) 대비 약 3.1배 · 100사이클 후 1,100~1,200 mAh/g 유지
이런 기업에 필요한 기술입니다
음극재 제조사흑연 대체·혼합용 고용량 소재
배터리 셀 제조사소형 IT·웨어러블 고용량 셀
철강·화학 소재사철계 원료 신규 사업
분체·마이크로파 장비사마이크로파 연속 합성 설비
1
기술정의 · 작동원리
산화철(Ⅲ)은 이론 용량 1,007 mAh/g으로 흑연(372 mAh/g)의 세 배가 넘고, 값싸고 흔하며 독성이 없습니다. 문제는 충·방전 때의 부피 변화로 전극에 균열이 생기는 것. 본 기술은 약 50 nm 스핀들 입자가 스스로 모인 400~800 nm 다공성 입자를 만들어, 내부 빈 공간이 팽창을 흡수하게 합니다.
(a) 스핀들형 산화철 입자 · (b) 50 nm 입자가 자가조립된 다공성 구조 — 등록특허 10-1983046 도 1
마이크로파 20분고압·장시간 반응 불필요
다공성으로 팽창 흡수자가조립 구조가 부피 변화 완충
입경 정밀 제어용액 농도 0.01~0.05 M로 조절
2
경쟁기술 대비 차별성
부피 팽창은 막는 게 아니라, 받아낼 공간을 미리 만들어 두는 것입니다.
기존 기술본 기술음극 소재흑연 — 372 mAh/g, 용량 한계산화철(Ⅲ) — 이론 1,007 mAh/g합성 방법오븐 열처리 등 — 고압·장시간, 대량 생산 곤란마이크로파 15~25분 — 상압·단시간입자 구조치밀 입자 — 부피 변화를 그대로 받음다공성 자가조립 — 내부 공간이 팽창 흡수원료실리콘·코발트계 — 가격·공급망 리스크철계 — 저가·풍부·무독성
기술소개서마이크로파 합성 기반 스핀들형 다공성 산화철 나노입자 음극활물질KBSI
3
주요 성능 결과
등록특허 실시예 1 · 코인셀
95.9 %
초기 충·방전 효율방전 1,166.9 · 충전 1,118.7 mAh/g
1,100~1,200 mAh/g
100회 후 용량일정하게 유지
충·방전 곡선 (1·3·5 사이클) — 도 3사이클 수명·쿨롱효율 — 도 4
4
적용분야 및 기대효과
철계 원료로 흑연 3배 용량 — 저원가 고용량 음극재 선택지, 제조는 마이크로파 20분.
고용량 차세대 음극재 119억 → 43억 달러 ('25 → '30) · 실리콘 음극재 기준대리지표
음극재 전체 1103.4만 톤 ('23 수요)
소형 IT·웨어러블고용량 우선 고율 요구 낮음
ESS저가·무독성 원료 선호
권리 물건 + 제조방법 모두 청구 — 소재 공급·공정 라이선스 모두 가능, 존속만료 2037.11.08
5
관련 특허
출원(등록)번호발명의 명칭등록일출원인10-1983046이차전지용 음극활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지2019.05.22한국기초과학지원연구원
출원 2017.11.08 · 존속만료(예정) 2037.11.08 · 해외 패밀리 업데이트 중
