기술명:

박막전지의 용액 공정을 위한 이온전도성 막의 전구체 용액 설계

주관기관: 중앙대학교 산학협력단
성명: 청년TLO 윤보선

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기술개요

  • 박막전지는 전지의 구성인 양극/전해질/음극 등 세 층이 각각 나노미터(㎚) 혹은 마이크로미터(㎛)의 두께를 가지는 초소형 에너지 공급원으로 주로 RFID tags나 스마트카드 등의 소형 소자에만 적용되어 왔으나, 최근 롤러블(Rollable), 플렉서블(Flexible), 그리고 웨어러블(Wearable) 기기 관련 기술이 급격히 발전함에 따라 박막전지가 주목을 받고 있음

  • 고체전해질은 박막전지의 핵심소재이며 화학적 특성에 따라 산화물계, 황화물계, 고분자계 다양한 종류가 있으며, 본 기술은 그 중 리튬-인-질산화물(Lithium phosphous oxynitride, Lipon) 이온전도성 막을 형성하기 위한 용액 전구체의 제조 방법임. 구체적으로 인(P)과 질소(N) 사이의 단일결합 또는 이중결합을 포함하는 골격 화합물, 금속염 화합물 및 유기 용매를 포함하는 전구체 용액의 준비와 이를 이용한 이온전도성막의 제조를 포함

  • 본 기술로 만들어진 전구체 용액은 물리적 특성으로 인해 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 오프셋 프린팅, 리버스 오프셋 프린팅, 그라비어 프린팅 등으로의 다양한 적용 가능. 그 중 스핀코팅은 다른 방법들 보다 밀도가 높고, 균일한 막을 형성할 수 있는 장점이 있으며, 해당 방법을 적용해서 제조된 이온전도성 막은 진공 공정으로 형성된 막과 비슷한 수준의 이온 전도도를 보여줌

기존한계점

  • LiPON 막의 제조 방법으로는 Li3PO4 타겟과 질소 플라즈마를 이용한 고가의 진공 공정인 반응성 스퍼터링(Reactive Sputtering) 방법에 의해서 약 100 내지 150℃의 온도에서 제조. 스퍼터링 방법은 물리적 증발에 기반한 진공 공정이므로, 장비 자체도 고가이고 제조 공정의 수행에도 많은 비용 소요

  • 스퍼터링 방법을 대체하기 위해서 이보다 저렴한 원자층 증착법(Atomic layer deposition, ALD)이나 유기금속 기상 증착법(Metal Organic Chemical Vapor deposition, MOCVD)을 적용하고 있으나, 이를 통해서 제조된 LIPON 막은 10-7 S/㎝ 이하의 낮은 전도도를 나타내고, 적어도 500℃ 이상의 고온에서 수행해야 함

기술우수성

  • 비진공 조건에서 용액 공정을 통해서 금속-인-산화질화물 및/또는 이의 유도체를 포함하는 고성능의 이온전도성 막을 용이하고 빠른 공정 시간 내에 제조하며, 이온전도성 막의 제조비용을 낮추고, 제조시간을 단축시킬 수 있어 생산성을 현저하게 향상시킬 수 있음

  • 이온전도성 막을 금속, 플라스틱, 종이, 텍스타일(textile) 등의 기판과 다양한 양극체 및 음극체 입자에 용이하게 형성할 수 있으며, 이때 제조되는 금속-인-산화질화물은 이온전도성 막으로서 매우 우수한 특성을 나타냄

응용분야

  • 적용 가능 산업군

    이차 전지 재료, 이차 전지 제조, 스마트 웨어러블 디바이스 제조, 초소형 전자 기기 제조 등

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    예상 수요 산업군

    스마트 웨어러블 헬스케어 디바이스, 웨어러블 스포츠 디바이스 등

지식재산권현황

  • 이온전도성 막의 제조 방법 (1020160082490)

기술문의처

  • 중앙대학교 링크사업단 청년TLO 김혜정 / 010-7110-0416 / emma_k_@naver.com