• 저렴한 상온 코팅으로 상용 양극재 수명·열 안정성 극복
  Nature Energy 게재

UNIST 연구진. 좌측부터 윤문수 연구원과 조재필 교수

[헤럴드경제(울산)=이경길 기자] 국내 연구진에 의해 대용량 전극을 보호하는 코팅 기술이 개발돼 전기차 배터리(리튬이온전지) 개발에 탄력을 받게 됐다. 상온에서 입자 표면뿐만 아니라 입자 내부까지 코팅 가능한 혁신 기술로 주목된다.

UNIST(울산과학기술원, 총장 이용훈)는 에너지화학공학과 조재필 특훈교수 연구팀이 배터리 수명을 저해하는 양극재 입자의 미세균열과 화학적 불안정성을 획기적으로 개선할 수 있는 코팅기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

대용량 배터리 양극 소재로 꼽히는 하이니켈 소재는 그간 고용량 발현이 가능하고 가격이 상대적으로 저렴한 반면, 충·방전이 반복되면서 소재 입자 내부에 미세균열이 생길 뿐만 아니라, 배터리 전해액과의 부반응은 성능 저하와 공정비 상승으로도 이어져 문제점으로 지적돼 왔다.

때문에 연구팀은 보호제인 ‘코발트-보라이드 (CoxB)’ 화합물을 양극재 입자 표면뿐만 아니라 입자 내부까지 골고루 침투시킬 수 있는 상온 코팅 기술을 개발했다. 새로 개발된 코팅법을 쓰면 입자 안팎을 모두 보호 할 수 있어 수명 유지 효과가 뛰어나다.

연구진은 코팅제를 쓴 하이니켈 양극재와 상용 인조흑연 소재를 음극재로 쓴 배터리를 제조하고 코팅제의 성능을 평가했다. 실험 결과 500회 충전 및 방전 후에도 기존 용량의 95%에 이르는 성능을 보였으며, 이는 일반 하이니켈계 소재 대비 약 20% 향상된 수명 유지율이다.

제1저자인 윤문수 UNIST 에너지공학과 박사과정생은 “하이니켈계 소재는 45°C 이상의 고온에서 미세 구조 붕괴가 발생하는 문제가 있는데, 새로 개발한 코팅 법으로 이 문제도 해결했다”고 설명했다.

지도교수인 조재필 특훈교수는 “현재 상용화된 하이니켈계 양극소재는 습식코팅 공정을 이용하는 것이 보편화 돼 있으나, 잠재적으로 이미 등록된 미국특허의 침해 가능성이 아주 크고, 고온 합성이라 생산비용의 상승 문제가 있다”며 “신규 개발된 코팅법을 적용한 양극재 대량 합성공정 개발 시, 기존 코팅 공정 대비 적어도 20% 이상의 비용 절감이 가능할 것”으로 기대했다.

한편, 이번 연구는 美MIT(매사추세츠공과대학교)의 쥐 리(Ju Li) 교수 연구팀과 공동으로 진행됐으며, 연구 결과는 에너지 분야의 권위 학술지인 Nature Energy에 3월 2일자(현지시각)로 공개됐다.

hmdlee@heraldcorp.com