한국전자통신연구원(ETRI)이 고안전성 차세대 리튬이차전지인 '전고체 이차전지용' 핵심기술을 개발했다. 전고체 이차전지 상용화 가능성을 높였다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 16일 제조가 간단하고 빠르며, 매우 얇고 견고한 전고체 이차전지용 초박막 고체전해질막을 개발했다고 밝혔다.
전고체 이차전지는 전지 내 이온전달 매개체를 액체상에서 고체상 소재로 바꿔 발화, 폭발 및 누액 등 위험성을 원천 차단한다. 안전성을 현저히 높다.
핵심소재는 양극·음극 직접 접촉을 막으면서 이온을 전달하는 고체전해질막이다.
일반적으로 전고체 이차전지 연구에서는 제조공정에 크게는 1밀리미터(㎜)까지 두껍고 딱딱한 고체전해질을 사용한다. 기존 고분자 분리막 대비 너무 두꺼워 에너지 밀도 손실이 매우 크다.
연구진은 용매를 쓰지 않는 고체전해질 분말과 혼합공정으로, 기존 상용화 리튬이온전지 분리막 두께에 근접한 18마이크로미터(㎛) 초박막형 고체전해질막을 제조했다.
섬유화 바인더 얽힘 정도를 극대화하는 기계적 전단 공정을 최적화해 초박막형 고체전해질막을 제조하는 데 성공했다.
이로써 셀 부피를 대폭 감소시켜 고에너지밀도 및 고성능 전고체 이차전지를 만들었다. 1㎜ 두께 후막형 고체전해질막 대비 최대 10배 이상 에너지 밀도를 높였다.
이번 연구로 기존 고분자 분리막 두께에 근접한 고체전해질막을 구현, 충·방전 간 이온전달속도를 향상시키고 셀 부피·무게를 대폭 줄였다. 이로써 고에너지 밀도 전고체 이차전지 개발이 가능해질 것으로 보인다.
박영삼 스마트소재연구실 박사는“분리막 수준 두께의 고체전해질막 대면적화 성공으로 에너지 밀도를 대폭 향상시킬 수 있어 가격경쟁력이 높은 전고체 이차전지의 상용화 가능성을 높일 것으로 기대된다”고 밝혔다.
연구책임자인 신동욱 스마트소재연구실 박사도“고분자 바인더 섬유화 현상에 대한 심도 깊은 이해로, 그동안 난제였던 고체전해질막 초박막화를 간단하고 빠른 공정으로 해결한 결과”라고 설명했다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
