KETI, 폭발 위험 없는 차세대 전고체전지 대형화 기반 마련

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전자부품연구원(KETI)은 전고체전지 고용량화에 필수적인 전극 대면적화(시트화) 요소기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

이번 연구결과는 기술적 중요성을 인정받아 지난달 21일 JCR 상위 10% 국제 학술지인 켐서스켐(ChemSusChem) 표지 논문으로 선정됐다.

전고체전지는 액체전해질을 쓰는 리튬이차전지와 달리 불연성 고체전해질을 사용한 전지다. 화재위험이 없으면서도 현재 리튬이차전지 대비 동일 크기에서 저장용량을 두 배 이상 늘릴 수 있어 차세대전지로 주목받는다.

고용량 전지제조에는 양극 소재, 고체전해질, 도전재, 바인더 등 전극 구성물질을 균일하게 혼합해 도포하는 슬러리 도포 공정 등 대면적 전극 제조기술이 필요하다. 하지만 그동안 전고체전지 핵심 소재인 고체전해질 관련 연구는 활성화된 반면, 실제 상용화에 필요한 전지 제조기술에 관한 연구는 부족했다.

전자부품연구원(KETI)이 개발한 전고체전지 전극 대면적화 요소기술 관련 내용이 국제 학술지인 켐서스켐(ChemSusChem) 표지 논문으로 실렸다. (사진=KETI)
<전자부품연구원(KETI)이 개발한 전고체전지 전극 대면적화 요소기술 관련 내용이 국제 학술지인 켐서스켐(ChemSusChem) 표지 논문으로 실렸다. (사진=KETI)>

전고체전지의 경우 고체의 특성상 액체전해질을 사용하는 기존 리튬이차전지 대비 이온전도가 어렵기 때문에 전극 제작 시 전도가 용이하도록 고체전해질을 양극 소재와 혼합해 제작한다. 기존 기술의 경우 전극 내부에 혼합된 양극 소재와 고체전해질 사이 기공들로 입자 간 접촉이 원활하지 않기 때문에 리튬 이온이 이동하는 유효 접촉면적이 낮아 성능 구현이 어려웠다.

KETI 차세대전지센터는 리튬이온이 원활히 이동할 수 있도록 양극 소재와 고체전해질 간 유효 접촉면적을 극대화시킬 수 있는 기술로 이온성 액체를 활용했다. 이온성 액체란 이온 결합을 가지며 상온에서 액상으로 존재하는 물질로 주로 전지 제작 시 리튬염을 포함하면 리튬 이온의 전도가 가능한 물질을 말한다. 전극 제조 시 소량의 이온성 액체가 코팅된 고체전해질을 사용해 전극 내부의 기공을 채워 리튬이온 이동 시 저항을 효과적으로 개선시켜 대면적 형태의 전극에서도 리튬이차전지 대비 90% 수준의 높은 용량을 확보했다.

이온성 액체(IL) 첨가제를 도입한 전고체전지용 전극 설계 개념도. (자료=KETI)
<이온성 액체(IL) 첨가제를 도입한 전고체전지용 전극 설계 개념도. (자료=KETI)>

기술 개발을 주도한 조우석 KETI 책임연구원은 “전고체전지는 전기차를 위한 최적의 전지로 근시일내 상용화 될 것으로 전망된다”며 “이번에 개발된 기술을 통해 고에너지밀도의 대형 전고체전지 상용화에 탄력이 붙길 바란다”고 말했다.

이번 기술 개발은 산업통상자원부와 한국산업기술평가관리원의 소재부품기술개발사업인 '0.8mS/㎝급 고이온전도체막 및 대면적 셀 구현을 위한 고안전성 에너지저장 소자용 무기계 고체전해질 소재 기술 개발' 과제 일환으로 수행됐다.

정현정 배터리/부품 전문기자 iam@etnews.com