한국과학기술원(KAIST·총장 이광형) 연구진이 '리튬인산철' 양극의 낮은 전자전도도를 개선한 전해질 첨가제를 개발했다.
KAIST는 최남순 생명화학공학과 연구팀이 저비용 리튬인산철 양극과 흑연 음극으로 구성된 리튬이온 이차전지 상온·고온 수명 횟수를 늘린 전해질 첨가제 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.
1회 충전에 500㎞ 이상 운행할 수 있는 전기자동차를 실현하려면 고에너지밀도 전지가 필수다. 팩 단위에서 고에너지 밀도가 확보 가능한 리튬인산철 양극은 전자전도도가 낮아 계면층을 형성하기 어렵다는 단점이 있다.
연구팀이 개발한 전해질 첨가제는 흑연 음극을 보호함과 동시에, 셀 투 팩 기술(단일 셀로 팩을 구성하는 기술) 도입이 가능한 리튬인산철 양극을 보호해 양극 표면에서 전자전도도·이온전도도 균형을 맞추는데 성공했다. 배터리 충·방전 횟수 증가에 따른 급격한 용량 감소 문제를 해결할 수 있는 새로운 기술이다.
개발 기술은 배터리 상온·고온 장수명을 실현했고, 저비용으로 극대화된 효율을 낼 수 있는 리튬인산철용 전해질 첨가제 디자인 방향성을 제시했다는 점에서 의미가 크다.
관련 논문 공동 제1 저자인 문현규 KAIST 생명화학공학과 연구원은 “개발 전해질 첨가제는 내열성과 전도성이 우수한 전극 계면 층을 형성해 리튬인산철 양극과 흑연 음극으로 구성된 전지 구동 온도인 45도 500회, 25도 1000회 충·방전 후에도 각각 초기용량의 80.8%, 73.3%를 발현했다”며 “이는 첨가제가 없는 전해질과 비교해 각각 20.4%, 8.6% 향상된 수치”라고 설명했다.
그러면서 “본 첨가제를 전기차용 전지에 적용하면 10~20% 향상된 수명을 보장할 수 있을 것으로 기대할 수 있고, 리튬인산철 양극의 낮은 전자전도 특성을 개선해 고속 충전 조건에서도 효과가 있다”고 말했다.
최남순 교수는 “이번 성과는 리튬인산철 양극을 보호하는 전해질 첨가제 기술로 이온전도와 함께 전자전달이 가능한 양극 계면층을 형성하는 것이 전해질 상한한계전압보다 낮은 충전전압조건을 가진 배터리 성능을 확보하는 핵심기술”이라고 강조했다.
한편 이번 연구는 '어드밴스트 펑셔널 머터리얼즈'에 5월 9일 자 온라인 공개됐다. 연구 수행은 현대자동차 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
