日교토大, 고성능 리튬이온전지 전극재료 개발

전극재료의 표면을 개선하는 방법으로 리튬이온2차전지의 성능을 향상시키는 기술이 일본의 한 대학에서 개발돼 관심이 모아지고 있다.

일본 「日刊工業新聞」의 최근 보도에 따르면 교토大대학원 공학연구과의나카시마 쓰요시(中島剛) 조교수팀은 리튬이온2차전지 음극재료의 하나인 탄소재료의 용량을 표준재료(천연흑연분말)보다 20%이상 향상시킴과 동시에 충방전의 반복에 따른 성능저하도 억제할 수 있는 표면改質기술을 개발했다.

이와 관련 나카시마 조교수팀은 전극의 표면처리에 따른 표면적의 변화가표면의 불소나 산소와 리튬이온간의 화학적 상호작용을 불러일으켜 용량을증가시키는 것으로 추측하고 있다고 이 신문은 전하며 특히 이번 성과는 휴대전화기등의 보급으로 대용량·長수명화를 꾀하고 있는 리튬이온2차전지업계에 하나의 충격이 될 것이라고 덧붙였다.

이번 기술개발에서 나카시마 조교수팀은 금속니켈분말을 촉매로 이용, 化學氣相成長(CVD)기법으로 탄소질소화합물을 만들었다. 반응을 섭씨 8백-1천도로 할 때 질소함유량(탄소 14개 또는 20개에 질소 1개)이 많은 생성물이나온다. 온도에 따라 섬유狀, 분말狀, 혼합물이 되는데 그 구조는 탄소와 같은 모양으로 결정성도 양호했다.

나카시마 조교수팀은 이와 병행, 탄소재료 표면에 산소 또는 불소를 발라2차전지 음극탄소재료의 특성을 개량하는 연구를 거듭해 용량을 증가시키는데 성공, 표면改質이 유효하다는 점을 확인했다.

탄소재료 표면의 불소화는 1백20도의 불소가스에서 2분간 처리했다. 산화는 오존발생장치를 사용하는 방법과 7백도에서 15분간 熱酸化하는 방법을 취했다. 두 방법 모두에서 충방전의 반복에 따른 성능저하현상은 일어나지 않았다.

한편 이번 나카시마 조교수팀의 기술개발은 음성전극재료의 성능개선을 표면개질로 할 수 있다는 가능성을 제시한 것으로 리튬이온전지 고성능화의 새로운 기술로 주목된다.

<신기성 기자>