스프레이 재결정화로 입자 균일화
에너지 밀도·고속 방전 성능 동시 개선
| 스마트에프엔 = 김종훈 기자 | LG화학은 차세대소재연구소와 한양대학교 송태섭 교수 연구팀이 고체 전해질 입자 크기를 균일화하는 공정 기술을 개발했으며, 관련 연구 결과가 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)에 실렸다고 25일 밝혔다.
LG화학이 전고체 배터리의 핵심 소재인 고체 전해질 입자 크기를 균일하게 제어하는 기술을 개발했다. 전고체 배터리 상용화의 걸림돌로 지적돼온 전극·전해질 접촉 문제를 공정 단계에서 개선한 연구라는 점에서 주목된다.
전고체 배터리는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는 이차전지로, 열·화재 위험이 적고 에너지 밀도를 높일 수 있다는 장점이 있지만, 전해질 입자 크기가 들쭉날쭉하면 전극과 전해질 사이에 빈틈이 생겨 성능이 떨어지는 한계가 있었다.
연구팀은 이를 해소하기 위해 고체 전해질 제조 공정에 스프레이 재결정화 방식을 적용했다. 전해질 용액을 미세한 방울 형태로 분사한 뒤 용매가 증발하는 과정에서 구형에 가깝고 크기가 균일한 입자를 얻는 방식이다. 기존 공정에서 나타나던 입자 크기 편차를 줄여 전극 내 충전 밀도를 높이는 접근이다.
LG화학에 따르면 이렇게 만든 전해질을 사용한 전고체 전지는 기존 전해질을 적용한 셀 대비 기본 용량이 약 15% 증가했고, 고속 방전 용량은 약 50% 향상됐다. 고속 방전 성능은 전기차·고출력 장비 등에서 요구되는 출력 특성과 직결되는 지표다.
균일한 전해질 입자는 양극 활물질 입자와의 밀착도를 높여 리튬 이온 이동 경로를 줄이는 효과를 가져온다는 것이 연구진의 설명이다. LG화학은 이번 기술을 바탕으로 고체 전해질 소재 개발과 전고체 배터리 구조 최적화 연구를 병행해 상용화 가능성을 더욱 끌어올린다는 계획이다.