[서울파이낸스 여용준 기자] 국내 연구진이 차세대 리튬이차전지로 알려진 전고체 이차전지용 핵심기술 개발에 성공했다. 전고체 이차전지는 화재, 폭발 위험성이 적어 차세대 이차전지로 각광받고 있다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 기계적 전단시 쉽게 섬유화가 되는 바인더 소재를 기반으로 용매의 사용 없이 고체전해질 분말과 혼합공정을 통해 분리막을 개발했다.
이 고체전해질막은 제조가 간단하고 빠르며 매우 얇고 견고한 게 특징이다. 일반적으로 전고체 이차전지 연구에서는 제조공정에서 딱딱한 고체전해질 사용 시 막의 내구성을 높이기 위해 두께가 수백 마이크로미터(㎛)에서 1밀리미터(㎜)까지 두껍게 사용한다. 그러나 이는 기존 고분자 분리막 대비 너무 두꺼워 에너지 밀도의 손실이 매우 크다는 단점이 있었다.
연구진은 기계적 힘을 가할 시 섬유화 거동을 보이는 바인더 소재를 적용해 건식공정을 통해 기존 상용화된 리튬이온전지 분리막 두께에 근접한 18㎛의 초박막형 고체전해질막을 제조했다. 이를 통해 연구진은 셀 부피를 대폭 감소시켜 고에너지밀도 및 고성능 전고체 이차전지를 만들었다.
이번 연구에서는 기존 상용화된 고분자 분리막의 두께에 근접한 고체전해질막을 통해 충·방전 간 이온전달속도를 향상시키면서 동시에 셀 부피 및 무게를 대폭 감소, 고에너지 밀도의 전고체 이차전지 개발이 가능해질 것으로 보인다. 또 바인더 소재의 분자량과 견고하게 얽힘 정도 간 상관관계를 밝히면서 최적화된 초박막형 고체전해질막 개발을 위한 공정 표준도 제시했다.
박영삼 ETRI 스마트소재연구실 박사는 "분리막 수준의 두께의 고체전해질막 대면적화 성공으로 에너지 밀도를 대폭 향상시킬 수 있어 가격경쟁력이 높은 전고체 이차전지의 상용화 가능성을 높일 것으로 기대된다"고 밝혔다.
연구책임자인 신동옥 ETRI 스마트소재연구실 박사도 "고분자 바인더 섬유화 현상에 대한 심도있는 이해를 통해, 그동안 난제였던 고체전해질막의 초박막화를 간단하고 빠른 공정으로 해결한 결과라 할 수 있다"고 설명했다.
ETRI 연구진은 이번 연구를 통해 고체전해질 박막화에 초점을 맞췄지만, 추가적인 이온전도 성능 향상 및 전극과의 안정적인 계면 제어를 위한 연구를 진행할 예정이다.
이번 연구는 ETRI 신동옥 박사와 박영삼 박사가 교신저자로, UST 윤석윤 석·박통합과정생이 1저자로 참여했으며 ETRI 미래원천 창의전문연구실 사업, 산업통상자원부 '리튬 기반 차세대 이차전지 성능고도화 및 제조기술 개발사업'과 '국가과학기술연구회 글로벌 TOP 전략연구단 사업 지원'으로 수행됐다.
