LG에너지솔루션이 포항공대(POSTECH), 성균관대와 함께 리튬이온 배터리의 저온 성능과 열안전성을 동시에 개선할 수 있는 전해질 기술을 개발했다.
공동연구팀은 영하 20°C 환경에서도 100회 사이클 후 기존 전해질 대비 월등한 약 87%의 용량을 유지하고, 열폭주를 90% 이상 억제할 수 있는 전해질 연구 개발에 성공했다고 20일 밝혔다.
연구 결과는 에너지분야 최고 권위 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈'와 '저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 에이'에 게재됐다.
핵심은 알릴 트리메틸 포스포늄(APT) 계열 이온성 화합물을 활용한 전해질 기술이다. 이온성 화합물은 전해질 내에서 이온을 이동시켜 전류를 흐르게 하는 역할을 한다. 특히 APT 계열 이온성 화합물은 전해질의 동결점을 낮추고 계면 반응을 조절하는 다기능성 소재로 주목받는다.
연구팀은 이 물질을 전해질 내에 적용할 경우 리튬이온 배터리 성능 저하 주요 원인인 '저온 이온 이동 저하'와 '계면 불안정성'을 동시에 개선하는 것을 확인했다고 설명했다.
실제 이 기술이 적용된 배터리 셀은 영하 20 °C의 악조건에서 100회 충·방전 후 약 87%의 높은 용량 유지율을 달성하며 저온 환경에서의 월등한 성능을 입증했다. 보통 배터리 셀의 경우 동일한 조건에서 약 10% 안팎의 용량을 유지하는 것이 일반적이다. 후속 연구에서는 동일한 APT 계열 이온성 화합물을 고용량 실리콘 음극 배터리에 적용해 열폭주를 약 90% 이상 억제하는 등 열안전성을 획기적으로 향상시켰다.
공동연구팀은 극저온 환경에서 작동해야 하는 특수 목적 배터리나 고용량 실리콘 음극을 적용한 차세대 배터리 등 폭넓은 분야에 이 기술이 활용될 수 있을 것으로 기대했다.
LG에너지솔루션 관계자는 “하나의 이온성 화합물 플랫폼으로 성능과 안전성이라는 상충된 요구를 동시에 충족시킨 사례”라며 “전기차, 항공·우주, 극저온 환경용 배터리 등 다양한 분야에서 새로운 고객가치를 제공할 수 있을 것”이라고 전했다.
정현정 기자 iam@etnews.com
