실리콘 음극 표면에 불산 없이, 350℃에서 질화막을 입혀 열폭주의 첫 단추를 늦추는 기술
기관·연구자 국민대학교 산학협력단 · 김재현, 김형래TRL 소재 합성·분석 검증 단계 업데이트 중 · TRL 등급
불산(HF) 없이
350℃
에서 표면 질화 확인기존 질화 공정은 850℃ 이상 · XPS N 1s 피크 관찰 기준
이런 기업에 필요한 기술입니다
실리콘 음극재 제조사표면 보호 후처리 공정
배터리 셀 제조사고실리콘 셀 열안전성
표면처리·열처리 장비사저온 질화 설비
ESS·전기차열폭주 지연 소재
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기술정의 · 작동원리
실리콘 음극은 충·방전 때 부피가 약 300% 변하며 표면 SEI(고체전해질계면)가 반복해 깨지고, 이것이 열폭주의 첫 단추가 됩니다. 본 기술은 산화막 제거 없이·저온에서 실리콘 표면을 질화해 인공 보호층(SiNₓ)을 만듭니다.
온도 상승 시 셀 내부 반응 단계(좌) · 실리콘 표면 처리별 DSC 발열 곡선(우)
HF 공정 생략산화막 제거 전처리 불필요
저온 질화350℃부터 Si-N 결합 형성
열폭주 지연SEI 분해 개시 온도 상승
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경쟁기술 대비 차별성
열폭주는 78℃에서 시작됩니다. 그 지점을 옮기는 보호층을, 더 쉽게 만듭니다.
기존 질화 공정본 기술전처리불산(HF)으로 산화막 제거 필수불필요 — 산화막 위에 바로 질화질화 온도850℃ 이상350℃부터 N 1s 피크 확인공정 안전성HF·NH₃ 취급 위험 공정위험 화학물질 부담 완화 업데이트 중 · 신규 질화원상용화에너지·공정 부담 ↑, 대면적 곤란저온·저가 공정 — 대면적 적용 가능
기술소개서저온·무HF 실리콘 표면 질화 기술 및 SiNₓ 인공 보호층 기반 고안전 실리콘 음극국민대학교
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주요 성능 결과
1차년도 · 신규 합성법 실측
350 ℃
질화 개시 온도 (XPS)N 1s 피크 관찰 개시 · 기존 문헌 공정 850℃ 이상
900 cm⁻¹
Si-N 결합 피크 (FT-IR)신규 합성법(Mg650-NSi)에서 확인 · 비교군 미관찰
약 2 배
SEI 분해 개시 온도 (보고된 값)표면 질화 Si vs 맨 Si(약 78℃) · 선행 보고 업데이트 중 · 본 기술 DSC 실측
FT-IR — 900 cm⁻¹ Si-N 결합 피크XPS — N 1s 피크 관찰 온도 비교
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적용분야 및 기대효과
불산 전처리와 850℃ 고온 공정을 동시에 제거해, 기존 음극재 생산 라인의 후처리 공정으로 붙일 수 있습니다.
실리콘 음극재 시장 219억 → 43억 달러 ('25 → '30)음극재 내 비중 7%('30)
