송승완·정현민 교수팀 성과
"고온서 안정적 접착력 유지
전기차 주행거리 향상 기대"
"고온서 안정적 접착력 유지
전기차 주행거리 향상 기대"
한국연구재단은 송승완 충남대학교 교수와 정현민 금오공과대학교 교수 공동연구팀이 리튬 이차전지의 고전압·고용량 양극 소재로 쓸 수 있는 새로운 바인더 소재를 개발했다고 17일 밝혔다.
바인더는 리튬 이차전지에 사용하는 고분자 소재로, 전극을 물리적으로 안정화하는 역할을 한다. 바인더로 사용되는 고분자 물질은 유기계 전해질과 화학적 거부 반응이 없어야 하고 동시에 안정적인 접착 특성을 유지해야 한다.
최근 전기자동차 개발과 상용화가 활발해지면서 상용 전지보다 긴 주행거리를 낼 수 있는 높은 에너지 밀도를 가진 이차전지의 필요성이 높아지고 있다. 이를 위해선 현재 양극 소재로 주로 사용하는 리튬코발트산화물, 니켈코발트망간보다 더 높은 용량의 양극 소재가 필요하다.
차세대 양극 소재로 주목받는 과리튬산화물은 리튬코발트산화물보다 에너지 용량이 두 배지만, 충전 전압을 4.4V 이상 높여야 이 같은 용량을 얻을 수 있다. 하지만 이럴 경우 이차전지 안에 열이 발생해 바인더의 접착력이 약해지면서 전지 성능이 빠르게 낮아지는 문제점이 있었다.
연구팀은 고전압과 고온 조건에서도 별도의 전해질 첨가제를 사용하지 않고 안정적이 접착력을 유지하는 불소화 폴리이미드 바인더 소재를 개발해 기존 리튬코발트산화물보다 두 배 높은 용량과 안정적인 충·방전 성능을 확인했다. 이번 연구에서 개발한 불소화 폴리이미드 바인더 소재는 4.7V의 높은 충전 전압과 55℃의 고온 조건에서도 강한 접착력을 유지했으며, 과리튬산화물 양극과 함께 안정적인 고에너지 밀도의 리튬이온전지를 구현했다.
연구진은 "이번 연구는 높은 전압과 고온 환경에서도 성능을 유지하는 바인더를 개발해 양극 소재의 용량과 리튬 이차전지의 에너지 밀도를 획기적으로 높인 최초의 사례"라며 "기존 양극 제조공정에도 바로 적용할 수 있어 이차전지를 더 오래 사용할 수 있게 될 것"이라고 말했다.
이번 연구성과는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 발표됐다.
남도영기자 namdo0@dt.co.kr
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