KERI, 전고체전지 상용화 속도…기술적 난제 풀어

정수남

입력 : 2018-09-19 01:07:00

최근 스마트폰 등 배터리의 폭발 사고로 발화와 폭발 위험이 없는 안정화된 전고체전지에 대한 세계적 관심과 투자가 진행되고 있는 가운데, 한국전기연구원(KERI,원장 최규하)이 전고체전지 상용화에 걸림돌이던 기술 나제를 해결했다.

KERI는 전지연구센터 하윤철 박사(책임연구원)팀이 ‘160℃ 저온에서도 결정화가 가능한 고체전해질 원천기술’과 이를 이용한 ‘슬러리 코팅 방식의 고용량 활물질-고체전해질 복합전극 제조 원천기술’을 개발했다고 19일 밝혔다.

리튬이온전지는 높은 에너지밀도와 출력밀도, 뛰어난 충·방전 효율의 장점으로 스마트폰 등 휴대형 전기·전자기기부터 전기차와 에너지저장장치(ESS)까지 광범위하게 활용되고 있다.

하윤철 책임연구원이 도포된 슬러리(왼쪽)와 슬러리용액(오른쪽)을 소개하고 있다.

다만, 현재 리튬이온전지는 가연성의 액체전해질을 사용하고 있어 발화와 폭발의 위험을 내재하고 있다.

하 박사팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 황화물계 고체전해질의 가능성에 주목하고, 대면적 생산의 핵심 공정인 슬러리 코팅 방식의 전극 제조 과정에 가장 큰 걸림돌인 ‘활물질-고체전해질 계면저항’이라는 난제를 해결했다.

슬러리는 미세한 고체 입자를 액체 중에 섞어 유동성이 적은 상태로 만든 혼합물이며, 리튬이온전지의 전극은 슬러리 코팅방식으로 제조된다.

슬러리 코팅 방식은 액체전해질 기반의 리튬이온전지 산업에는 일반화돼 있지만, 전고체전지용 고체전해질과 전극 제조 공정에 활용하기에는 다소 문제가 있다.

하 박사팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 리튬-인-황화물에 리튬-요오드화합물을 첨가한 고체전해질 합성 공정을 최적화해 160℃의 낮은 결정화 온도에서도 슈퍼이온전도체 특성을 나타내는 ‘유리-결정질의 고체전해질’ 개발에 성공했다.

하 책임연구원은 “이번 성과는 전고체전지가 가진 계면저항 등의 난제를 해결하고 상용화를 추진할 수 있는 발판을 마련했다는 측면에서 큰 의의가 있다”고 말했다.