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전고체 셀 공정 자동화와 제조 비용 최적화 시뮬레이션 결과 1. 서론 - 공정 자동화는 전고체 배터리 상용화의 관문 전고체 전지(All-Solid-State Battery, ASSB)는 액체 전해질을 완전히 대체하면서 폭발 위험 없이 고에너지 밀도 구현이 가능하다는 점에서 차세대 배터리 기술로 집중 연구되고 있다. 특히 실리콘(Si) 기반 고용량 음극재와 고체 전해질의 조합은 셀 에너지 밀도를 획기적으로 끌어올릴 수 있는 해법이지만, 고체 전해질 공정 특성상 제조 공정의 복잡도와 수율 저하 위험이 높다.전고체 셀의 공정은 기존 리튬이온 배터리 대비 다음과 같은 구조적 차이점을 가진다:극히 낮은 습도 (고체 전해질 분말의 정밀 혼합·분산 공정다층 적층 압축 및 균일 압력 유지바인더·슬러리 제어의 정밀도 의존도 매우 높음따라서 공정 자동화는 생산성 향상뿐 아니라 셀..
실리콘 음극재 적용 시 전고체 셀의 바인더 시스템 최적화를 위한 공정 자동화 기술 로드맵 1. 서론 - 실리콘 음극 기반 전고체 셀의 제조 자동화는 선택이 아닌 필수 전고체 전지(All-Solid-State Battery, ASSB)는 액체 전해질을 고체 전해질로 대체함으로써 안전성, 에너지 밀도, 고전압 안정성 등의 측면에서 획기적인 장점을 제공한다. 특히 실리콘(Si)은 기존 흑연 음극의 10배에 달하는 이론용량(3,579 mAh/g)을 제공하여 차세대 고에너지 ASSB의 핵심 음극재로 주목받고 있다. 그러나 실리콘 음극재는 충전 시 300% 이상의 부피 팽창을 보이며, 이를 안정적으로 수용하기 위한 Yolk–Shell 구조, 복합 바인더 시스템, Shell 코팅 등의 기술이 병행되어야 한다. 그중 바인더 시스템은 실리콘 입자와 고체 전해질 사이의 접착력 확보, 기계적 응력 분산, 계면 ..
전고체 전지용 실리콘 음극재의 바인더 시스템 최적화 기술 비교 1. 서론 - 전고체 전지에서 바인더는 더 이상 보조재가 아니다. 전고체 전지(All-Solid-State Battery, ASSB)는 차세대 에너지 저장 장치로 주목받고 있으며, 실리콘(Si)은 그 이론용량이 3,579 mAh/g에 달해 전고체 셀의 에너지 밀도 향상에 핵심적인 역할을 수행할 수 있다. 그러나 실리콘은 충전 시 약 300%의 부피 팽창을 일으켜 전극 구조 손상, 전해질 계면 분리, 싸이클 수명 단축 등의 문제를 유발한다.이때 바인더는 단순히 전극 입자를 물리적으로 결합시키는 기능을 넘어서, 다음과 같은 다기능이 요구된다:기계적 유연성 확보 (팽창 흡수)계면 접착력 유지 (전해질/전극 사이 결합 강화)전기화학적 안정성 (전해질과 비반응성)이온 전도성 확보 (전도성 보조기능)특히 고체 전해..
고온 환경에서 실리콘 음극 기반 전고체 전지의 싸이클 안정성 평가 초록(Abstract) 전고체 전지(All-Solid-State Battery, ASSB)는 고안전성과 고에너지 밀도를 동시에 구현할 수 있는 차세대 이차전지로 주목받고 있으며, 고용량 음극재로서 실리콘(Silicon)은 ASSB의 에너지 밀도를 비약적으로 향상시킬 수 있는 유력한 소재이다. 그러나 실리콘은 충·방전 시 300% 이상에 달하는 부피 팽창과 낮은 전기전도도로 인해 전극 구조 붕괴 및 계면 저항 증가와 같은 문제를 야기한다. 특히 고온 환경에서는 계면 반응 속도 및 부피 팽창 강도가 가속화되므로, 실리콘 음극의 열적 안정성 확보는 ASSB 상용화의 필수 요건이다. 본 연구에서는 실리콘 음극 기반 전고체 전지를 상온(25°C), 중온(60°C), 고온(90°C) 조건에서 반복 충·방전 시, 싸..
Shell 재질 최적화를 위한 복합소재 설계 전략 1. 서론 - Shell 재질의 선택이 실리콘 음극의 상용화를 좌우한다. 실리콘(Si) 음극재는 이론용량 3,579 mAh/g이라는 고용량 특성 덕분에 차세대 전고체 배터리의 핵심 소재로 주목받고 있다. 그러나 실리콘은 충·방전 시 300% 이상의 부피 팽창을 수반하며, 이로 인해 전극 구조 손상, 계면 박리, 전해질 분해 등의 문제가 반복적으로 발생한다. 이를 구조적으로 보완하기 위한 설계로 Yolk–Shell 구조가 사용되며, 특히 Shell의 재질 선택은 이 구조의 성능을 결정짓는 핵심 요인이다.Shell은 단순한 외피가 아니라 다음과 같은 기능을 동시에 수행해야 한다:기계적 안정성 제공 (팽창 억제)리튬 이온 확산 허용 (전기화학 반응 유지)전도성 보완 (전극 전체 저항 감소)계면 보호층 역할 수..
전고체 셀 내 Yolk–Shell 구조의 계면 응력 시뮬레이션 결과 1. 서론 - 계면 응력은 전고체 셀 수명의 보이지 않는 적이다. 전고체 배터리는 액체 전해질을 완전히 대체하면서 안전성과 에너지 밀도 측면에서 큰 장점을 제공한다. 특히 고용량 음극재인 실리콘(Si)을 전고체 셀에 도입할 경우, 이론용량 3,579 mAh/g의 고에너지 셀을 구현할 수 있다. 그러나 실리콘은 충·방전 시 부피 팽창률이 300% 이상에 달하며, 이로 인해 전극과 고체 전해질 사이 계면에서 높은 기계적 응력(MPa 단위)이 발생한다.응력이 반복될 경우, 전해질 파괴, SEI 계면 손상, 리튬 통로 단절 등의 문제가 발생하고 결국 셀 전체의 싸이클 수명과 효율이 급격히 저하된다. 이를 방지하기 위한 기술 중 하나가 Yolk–Shell 구조 설계다. 이 구조는 실리콘 입자를 중심(Yolk)에 ..
Yolk–Shell 구조의 제조 공정별 수율 및 비용 분석 1. 서론 - 실리콘 음극 상용화의 관건은 ‘구조’와 ‘공정’ 실리콘(Si)은 이론용량 3,579 mAh/g이라는 탁월한 저장 능력을 바탕으로, 차세대 리튬 이차전지 및 전고체 전지 음극재의 대표 주자로 꼽히고 있다. 그러나 실리콘은 충·방전 시 300% 이상의 부피 팽창을 수반하며, 이로 인해 전극 구조 손상, 전해질 파괴, 계면 접촉 손실 등 치명적인 문제가 발생한다. 이 문제를 해결하기 위한 핵심 기술 중 하나가 Yolk–Shell 구조이다. Yolk–Shell 구조는 실리콘 입자(Yolk)를 탄소 또는 산화물 계열의 Shell로 둘러싼 형태로,중간에 공극을 두어 부피 팽창을 물리적으로 흡수하는 설계 방식이다.하지만 이 구조는 정밀한 공정 제어와 다단계 제조 과정을 필요로 하기 때문에공정 수율과 제..
실리콘 음극재 적용 시 전고체 셀의 계면 저항 변화 분석 서론 - 실리콘의 계면 저항 문제는 단순한 접촉 문제가 아니다. 전고체 배터리(All-Solid-State Battery)는 고체 전해질을 통해 안정성과 에너지 밀도를 모두 확보할 수 있는 기술적 대안으로 각광받고 있다. 특히 실리콘(Si) 음극재는 이론용량 3,579 mAh/g으로 흑연의 10배 수준에 달하며, 셀 에너지 밀도를 획기적으로 개선할 수 있는 핵심 소재다. 그러나 실리콘은 전기화학적 성능에서 치명적인 약점을 갖고 있다.바로 계면 저항(Interfacial Resistance)의 급격한 증가이다. 전고체 전지는 액체 전해질과 달리 고체 전해질과의 기계적 밀착, 이온 연속성, 계면 반응성이 모두 전기화학적 성능에 직접적인 영향을 미친다. 실리콘은 충전 시 300~400%에 달하는 부피 팽창이 ..

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