리튬이온 이차전지 세계 첫 대기 중 제작

박수진 포스텍 교수 울산과학대와 성과
전기차 배터리 제조 원가 절감 기술 개발

(왼쪽부터) 박수진 포스텍 교수. 유승민 울산과학대 교수

세계 전기차(EV) 시장의 고속성장을 이끌고 있는 리튬이온 이차배터리를 드라이룸이 아닌 대기 중에서 제조하는 기술이 세계 최초로 개발돼 배터리 원가 절감에 큰 역할을 할 것으로 기대된다.

포스텍(포항공대) 화학과 박수진 교수, 박사과정 손혜빈 씨 연구팀은 울산과학대학교 유승민 교수와 공동연구를 통해 공기 중에서 파우치 배터리를 조립했을 때에도 배터리가 안정적으로 구동하게 하는 다기능성 분리막을 개발했다. 연구성과는 국제학술지 '에너지 스토리지 머티리얼즈' 온라인판에 소개됐다.

배터리 내부의 전해액은 물과 반응해 변질되기 쉬워 리튬이온 배터리를 제조할 때는 1% 이하의 습도 환경을 만들어주는 드라이룸(실내조건이 -10℃ 이하)에서 진행한다.

하지만 드라이룸을 유지하기 위해선 상당한 비용이 소요되고, 이로 인한 배터리 제조 원가도 덩달아 올라간다.

이런 문제 해결을 위해 전해질에 첨가제를 투입해 수분 혹은 불산 같은 불순물을 억제하는 연구가 진행됐지만, 첨가제가 충·방전 중에 역반응을 일으킬 수 있다는 점 때문에 적용하기가 쉽지 않다.

실제 배터리가 높은 온도(50℃ 이상)에서 작동할 경우 미량의 수분으로도 배터리의 성능 열화가 더 빠르게 일어난다. 이런 이유로 투입한 물질의 전기화학적 역반응 없이 배터리 내의 수분을 포획할 수 있는 재료가 필요하다.

연구팀은 불순물을 포획할 수 있는 기능성 물질을 분리막 표면에 도입해 열적 안정성을 높이고, 배터리 성능을 향상시켰다. 제작된 다기능성 분리막은 140℃ 온도에서 30분 저장 후 10% 내의 수축률을 기록하는 등 우수한 내열성을 보였고, 추가로 55℃ 고온에서 도 100회 충·방전 이후 초기 용량의 79%를 유지하는 전기화학적 성능 향상을 보였다.

박수진 교수는 "이번에 개발된 다기능성 분리막은 높은 안정성과 고에너지밀도에서 뛰어난 전기화학적 성능을 보인다"며 "배터리를 드라이룸이 아닌 대기 중에 제조하는 것은 세계 최초의 기술이며 앞으로 배터리 원가 절감에도 큰 역할을 할 것으로 보인다"고 했다.