Research연구 분야

Practical development of high-energy cathodes for next-generation batteries차세대 배터리를 위한 고에너지 양극재의 실용화 연구

High-Ni cathodes are commercial today, but three persistent problems — residual lithium in intergranular pores, reaction heterogeneity, and wastewater from co-precipitation — call for a fundamental change in how they are made. Our research follows that change from the particle to the pouch cell.하이니켈 양극재는 이미 상용화되었지만, 결정립 사이 기공의 잔류 리튬, 반응 불균일성, 공침 폐수라는 세 가지 고질적 문제는 제조 방식 자체의 근본적 변화를 요구합니다. 우리 연구는 그 변화를 입자에서 파우치 셀까지 따라갑니다.

01 · Core technology01 · 핵심 기술

Single-crystal Ni-rich cathodes단결정 하이니켈 양극재

Polycrystalline NCM secondary particles crack along grain boundaries, trap residual Li, and react unevenly. We replace them with micron-scale single crystals whose crystallinity and structural ordering are tuned by sequential heat treatment — high temperature for grain growth, low temperature to relieve residual stress.다결정 NCM 이차입자는 결정립계를 따라 균열이 생기고 잔류 리튬을 가두며 불균일하게 반응합니다. 우리는 이를 마이크론급 단결정으로 대체합니다. 고온 열처리로 결정을 성장시키고 저온 열처리로 잔류 응력을 풀어 결정성과 구조 정렬을 제어합니다.

Gen 1 — Sequential annealing of commercial co-precipitated precursors. Scaled to 40 kg/month in a roller hearth kiln; samples supplied to Samsung SDI, LG Chem and Hyundai Motor, leading to a start-up spin-off.Gen 1 — 상용 공침 전구체의 순차 열처리. 롤러하스킬로 월 40 kg 규모까지 확대, 삼성SDI·LG화학·현대자동차에 시료 공급, 스타트업 분사로 이어짐.
Gen 2 — Precursor engineering (oxide, hollow, ill-defined intermediates) to steer nucleation and grain coarsening, extending single-crystal design to Li/Mn-rich cathodes.Gen 2 — 산화물·중공·비정형 중간체로 핵생성과 결정립 성장을 유도하는 전구체 공학. 단결정 설계를 Li/Mn-rich 양극재로 확장.
Outcome: lower residual Li and moisture, higher electrode mechanical strength, lower gas evolution, and longer cycle life than polycrystalline counterparts.결과: 다결정 대비 낮은 잔류 리튬·수분, 높은 전극 기계적 강도, 적은 가스 발생, 긴 수명.

NCM811Grain growthCrystallinity tuning40 kg/month scale-up

Adv. Mater. 2020, 32, 2003040 · Adv. Sci. 2020, 7, 1902844 · Energy Storage Mater. 2026, 84, 104811

SEM image of single-crystal NCM cathode particles — Single-crystal NCM811 after two-step annealing · 10 µm2단계 열처리 후 단결정 NCM811 · 10 µm

02 · Core technology02 · 핵심 기술

Precursor-free & all-dry synthesis무전구체 · 전건식 합성

Every commercial Ni-rich cathode starts with co-precipitation: transition-metal sulfates, sodium hydroxide, and ammonia react in a stirred tank and leave behind litres of sulfate- and ammonia-laden wastewater per kilogram of product. Our Gen 3 route removes the precursor step altogether — starting from metallic Ni and growing single-crystal LiNiO₂-based cathodes directly.모든 상용 하이니켈 양극재는 공침에서 시작합니다. 전이금속 황산염, 수산화나트륨, 암모니아가 반응조에서 반응하며 제품 1 kg당 수 리터의 황산염·암모니아 폐수를 남깁니다. 우리의 Gen 3 공정은 전구체 단계를 통째로 없애고, 금속 Ni에서 곧바로 단결정 LiNiO₂계 양극재를 성장시킵니다.

Design variables: reaction uniformity, crystallinity, and dopant control define the final cathode quality.설계 변수: 반응 균일성, 결정성, 도판트 제어가 최종 양극재 품질을 결정.
No wastewater, no toxic reagents, fewer unit operations — a new design platform for cost-competitive Ni-rich cathodes.폐수 없음, 유독 시약 없음, 단위 공정 축소 — 가격 경쟁력 있는 하이니켈 양극재의 새로운 설계 플랫폼.
Extends naturally to solvent-free synthesis of Si-based and amorphous alloy anodes, and links seamlessly to downstream dry processing.Si계·비정질 합금 음극의 무용매 합성으로 자연스럽게 확장되며 후속 건식 공정과 바로 연결.

Precursor-freeZero wastewaterFacet engineeringLiNiO₂

ACS Sustainable Resour. Manage. 2024, 1, 1400 · 249th ECS Meeting 2026 · Manuscripts in preparation

Schematic of conventional co-precipitation process producing wastewater — What we are eliminating: the co-precipitation step and its wastewater stream우리가 없애려는 것: 공침 단계와 그 폐수

03 · Manufacturing03 · 제조 공정

Dry electrodes & all-solid-state batteries건식 전극 · 전고체 전지

Conventional electrodes are cast from NMP slurries and dried in long ovens. We fabricate thick electrodes with no solvent at all — powder granulation, kneading, roll-milling, calendering and lamination — and integrate them with sulfide solid electrolytes into all-solid-state pouch cells.기존 전극은 NMP 슬러리를 코팅하고 긴 건조로에서 말립니다. 우리는 용매를 전혀 쓰지 않고 분말 조립화, 혼련, 롤밀, 캘린더링, 라미네이션으로 후막 전극을 만들고, 이를 황화물 고체전해질과 결합해 파우치형 전고체 셀로 통합합니다.

High-loading electrodes with controlled porosity and ion/electron pathways, compatible with continuous roll-to-roll production.기공률과 이온·전자 경로가 제어된 고로딩 전극, 롤투롤 연속 생산 호환.
Interface engineering between dry electrodes and solid electrolytes; layer and pressure design for cell integration.건식 전극–고체전해질 계면 공학, 셀 통합을 위한 적층·압력 설계.
Single-crystal cathodes with engineered crystal twinning give better solid–solid contact, less CEI accumulation, and faster Li transport in sulfide ASSBs.결정 쌍정을 도입한 단결정 양극재는 황화물 전고체 전지에서 더 나은 고체–고체 접촉, 적은 CEI 축적, 빠른 Li 이동을 제공.

NMP-freeRoll-to-rollSulfide ASSBTwin-boundary NCM

Energy Storage Mater. 2025, 81, 104470 · Nat. Commun. 2025, 16, 11174 · Energy Environ. Sci. 2025, 18, 8446

Schematic of an all-solid-state pouch cell built from dry-processed components — All-dry components integrated with a solid electrolyte into a pouch cell전건식 부품을 고체전해질과 결합한 파우치 셀

04 · Practical insight04 · 실용 검증

Cell-level validation & degradation science셀 단위 검증 · 열화 과학

A material is only as good as the cell it ends up in. We evaluate materials in Ah-class pouch cells — not just coin cells — and diagnose how they age: calendar aging of NCA/graphite cells at elevated temperature, post-aging analysis, and nanoscale identification of residual Li compounds inside intergranular pores.소재의 가치는 결국 셀 성능으로 판단됩니다. 코인셀에 그치지 않고 Ah급 파우치 셀에서 소재를 평가하고 열화 경로를 진단합니다. 고온 캘린더 노화, 노화 후 분석, 결정립 사이 기공의 잔류 리튬 화합물 나노스케일 규명 등입니다.

Reliable protocols for energy-density calculation and coin-vs-pouch performance comparison, used widely in the field.에너지밀도 산정과 코인–파우치 셀 성능 비교를 위한 신뢰성 있는 프로토콜 제안.
Data-driven optimisation of cathode and electrode architecture for stable low- and high-temperature operation.저온·고온 안정 구동을 위한 데이터 기반 양극·전극 구조 최적화.

Ah-class pouch cellCalendar agingResidual LiWide temperature

J. Mater. Chem. A 2023, 11, 15475 · J. Mater. Chem. A 2025, 13, 5599 · Energy Environ. Mater. 2024, 7, e12615

Schematic of residual lithium compounds in intergranular pores of a polycrystalline cathode particle — Residual Li compounds (yellow) inside intergranular pores of a polycrystalline particle다결정 입자의 결정립 사이 기공에 존재하는 잔류 리튬 화합물(노란색)

05 · Expanding scope05 · 연구 확장

Beyond Li-ion차세대 전지 시스템

The same materials-to-cell philosophy carries into new chemistries and new resources.소재에서 셀까지 이어지는 같은 철학을 새로운 화학과 새로운 자원으로 확장합니다.

Si–M alloy foil anodes — metallic-glass alloys screened by splat quenching, scaled by melt spinning, and validated in 2 Ah full cells (U.S. DOE Silicon Consortium).Si–M 합금 포일 음극 — 스플랫 퀜칭으로 합금 스크리닝, 멜트 스피닝으로 스케일업, 2 Ah 풀셀 검증 (미 DOE 실리콘 컨소시엄).
Na-ion batteries — extending the all-dry platform to low-cost, Li-free chemistries.나트륨이온 전지 — 전건식 플랫폼을 저비용·무리튬 화학으로 확장.
Direct lithium extraction — electrochemical leaching of Li from hectorite clay and low-grade feedstocks: a mineral-to-electrode concept.직접 리튬 추출 — 헥토라이트 점토 등 저품위 원료에서 전기화학적 리튬 침출. 광물에서 전극까지.
Closed-loop manufacturing — reduced solvent and wastewater, with future linkage to direct recycling and TEA/LCA-based sustainability assessment.순환형 제조 — 용매·폐수 저감, 직접 재활용 및 TEA/LCA 기반 지속가능성 평가와 연계.

Si–M alloyNa-ionLi extractionTEA / LCA

Sci. Adv. 2026, 12, eadx0930 · Environ. Sci. Technol. 2026, 60, 6162 · Commun. Chem. 2024, 7, 285

Si-based metallic glass alloy foil anode — Melt-spun Si–M alloy foil anode멜트 스피닝으로 제조한 Si–M 합금 포일 음극

Collaborate공동연구

Interested in working together?함께 연구하고 싶으신가요?

We collaborate with industry and academia on cathode scale-up, dry-process manufacturing, and solid-state cell design. Students and partners alike — get in touch.양극재 스케일업, 건식 공정, 전고체 셀 설계 분야에서 산학 공동연구를 진행합니다. 학생과 파트너 모두 환영합니다.

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