한국세라믹기술원, BTO-LCO 원천 복합소재 개발
대량생산 통해 차세대 이차전지 활용 가능성 높아
한국세라믹기술원 연구진이 리튬이온전지 고속 충·방전 가능한 저가형 세라믹 소재 기반 양극재 양산 공정 기술 개발에 성공했다.
향후 소형 산화물 전고체, 비리튬계 차세대 이차전지 등에 활용할 수 있어 파급효과가 클 전망이다.
한국세라믹기술원은 최문희, 지상수 박사와 서지혜, 김현태 연구원이 저가형 세라믹 강유전체 소재인 바륨티타네이트(BTO)와 리튬이온전지 대표 양극재인 리튬코발트옥사이드(LCO) 복합체 제조를 통해 고속 충·방전 원천 복합 소재와 이를 대량 생산하는 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.
LCO는 리튬이온전지 양극재로 가장 널리 활용되는 소재다. 충전 과정에서 음극에 리튬이온을 제공하고 방전될 때는 다시 음극으로부터 리튬이온을 되돌려 받는 역할을 한다.
다만 고속으로 충·방전하는 과정에서 구조적으로 불안정성이 높아지는 문제로 이론적으로 허용된 용량의 절반 수준으로만 사용해왔다.
연구팀을 이를 해결하기 위해 LCO 표면에 고분자 표면 처리기술로 균일하게 BTO를 코팅한 뒤 열처리해 두 소재 복합 양극재를 제조했다.
그 결과 1A 전류로 한 시간 동안 충·방전하는 평균적인 환경에서 기존 LCO 대비 용량이 약 25% 향상됐다. 특히 충·방전 속도가 10배 빠른 고속 조건에서는 용량이 약 400%나 향상된 결과를 보였다.
코팅된 BTO 강유전체 특성이 충·방전 과정에서 리튬이온 움직임을 원활하게 해줌으로써 충·방전 속도를 높여도 용량을 유지할 수 있는 구조적 안정성을 확보했다는 게 연구팀 설명이다. 새로운 복합 양극재를 대량 양산할 수 있는 공정 기술까지 개발한 점도 성과다.
이번 연구성과는 산업통상자원부 '기판실장용 산화물계 초소형 적층 전고체전지(MLCB) 개발 사업' 지원을 받아 추진됐다. 원은 관련 특허를 출원하고 LCO 외 다른 양극재 및 음극재에도 적용하는 후속 연구를 추진 중이다.
창원=노동균 기자 defrost@etnews.com
