SK온은 서울대 강기석 교수 연구팀과 함께 대형 입자로 구성된 고밀도 단결정 양극재를 개발하는데 성공했다고 8일 밝혔다.
단결정 양극재는 여러 개의 입자가 뭉쳐 있는 다결정 양극재와 달리 하나의 단위 입자가 단일한 결정 구조로 이뤄져 쉽게 균열이 일어나지 않기 때문에 안정성과 수명이 뛰어나다.
다만 소재 합성 과정에서 입자를 크고 균일하게 성장시키는 동시에 구조적 안정성까지 확보하는 것이 난제로 꼽혔다.
SK온과 서울대 연구진은 문제 해결을 위해 새로운 합성 방법을 고안했다. 구조적 안정성이 뛰어나고 결정 성장이 쉬운 나트륨 기반 단결정을 먼저 만든 뒤 이온 교환을 통해 리튬으로 대체하는 방식이다.
또 높은 에너지 밀도 구현에 유리한 대형 입자 단결정에 주목해, 일반 양극재 입자 크기 약 2배인 10마이크로미터(㎛) 크기 입자로 구성되고 양이온 무질서가 없는 '울트라 하이니켈' 단결정 양극재를 개발하는데 성공했다. 울트라 하이니켈은 양극재 내 니켈 함량이 94%가 넘는 것을 뜻한다.
테스트 결과 단결정 양극재는 양이온 무질서가 없어 구조 변형이 감소했으며 가스 발생량도 다결정 양극재 대비 25배 감소한 것으로 확인됐다. 에너지 밀도 역시 이론적 결정 밀도의 최대 77%에 달했다. 연구 성과는 세계적 학술지인 '네이처 에너지'에 게재됐다.
SK온과 서울대 연구진은 연구 결과를 바탕으로 더 고도화된 소재 조성과 합성 방법을 모색하는 후속 연구를 이어갈 예정이다. 박기수 SK온 미래기술원장은 “학계와 협력을 통해 혁신적인 연구개발을 지속하고 기술 리더십을 강화하겠다”고 말했다.
정현정 기자 iam@etnews.com
