'이차전지 게임 체인저'로 불리는 전고체 배터리의 성능을 개선하는 신기술을 한국전자기술연구원(KETI)이 개발했다.
KETI는 전고체 전지의 에너지 및 출력 특성을 개선하는 건식 전극용 첨가제 기술을 개발해, 그 연구 결과를 에너지화학 권위지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'에 게재했다고 17일 밝혔다.
전고체 전지는 리튬 이온전지의 양극과 음극 사이를 채우는 액체 전해질을 고체로 바꾼 전지다. 폭발 위험이 없어 안전하고, 에너지 밀도도 훨씬 높아 이차전지 시장에서 차세대 핵심 기술로 꼽힌다.
전고체 전지에 적용할 수 있는 건식 전극은 양극과 음극 활물질층을 두껍게 쌓아 올린 '후막 전극' 구현이 가능하지만, 높은 압력으로 전극 내의 기공이 발생해 에너지 밀도가 낮아지는 문제가 있었다.
KETI 차세대전지연구센터는 건식 전극의 제조 공정에서 입도(입자의 크기)가 제어된 리튬염(LiPO2F2) 소재의 첨가제를 혼합해 황화물계 전고체전지용 양극을 더욱 얇게 구현했다. 이를 통해 동일 부피당 더욱 높아진 용량 및 출력 특성이 확보됐다.
기술 개발을 주도한 김현승 박사는 "고체 전해질보다 미립인 전극 첨가제를 설계해 투입함으로써 전극의 기공도를 감소시켰다"며 "해당 입자가 양극 표면에서 보호 피막을 형성하는 특성까지 복합적으로 형성해 전고체 전지의 고에너지 밀도 성능 자체를 총체적으로 개선하는 데 성공했다"고 설명했다.뿐만 아니라 리튬염 첨가제 도입을 통해 전극의 화학-기계적 안정성도 개선됐고, 양극의 균열(Crack) 발생 및 표면 부반응도 감소했다.
유지상 KETI 차세대전지연구센터 센터장은 "KETI는 일련의 양극재 기술들을 융합해 리튬이차전지 2배 수준의 전극 용량인 양극 후막 기술을 적용, 4분 충전에 85% 이상 충전이 가능한 양극 극판 기술을 확보했다"며 "센터는 해외 우수 기술을 넘어서는 핵심 원천 기술을 지속 확보해 국내 전고체전지 상용화에 주력하겠다"고 말했다.
최상현기자 hyun@dt.co.kr
왼쪽은 KETI 전극 첨가제의 역할 개념도. 오른쪽은 첨가제 혼합에 따른 건식 양극 두께 감소 및 기계적 퇴화 억제 효과. [한국전자기술연구원 제공]
