RIST, 차세대 양극재 핵심 합성 메커니즘 제시

양극재 고용량·저가격화 가능

차세대 양극재 합성 매커니즘 제시한 연구진. 왼쪽부터 포스코홀딩스 최근호 박사(제1저자), 한국표준과학연구원 박혁준 박사(교신저자), RIST 정기영 박사(교신저자). RIST제공

RIST(포항산업과학연구원) 재료공정연구소 정기영 박사, 한국표준과학연구원 박혁준 박사, 포스코홀딩스 미래기술연구원 최근호 박사 등 공동 연구팀이 기존 하이니켈 NCM 양극재와 대비해 용량은 높고 가격은 낮춘 차세대 양극재인 과리튬계 층상형 산화물 양극재(LLO)의 상용화를 위한 핵심 합성 메커니즘을 제시했다.

7일 RIST에 따르면 최근 전기자동차(EV)와 대용량 에너지스토리지(ESS) 시장에서 주목 받고 있는 LLO 양극재는 기존 하이니켈 NCM계 양극재 대비 코발트 및 니켈 함량을 획기적으로 줄일 수 있어 양극재의 저가격화가 가능하다.

또 기존 양극재와 달리 충·방전 중 전이금속뿐 아니라 산소의 추가적인 산화환원 반응을 통해 초고용량 구현도 가능하다.

그러나 이 양극재는 초고용량 구현을 위한 산소의 산화환원 반응이 양극재 격자 구조의 불안정성을 야기하기 때문에 상용화에 어려움이 컸다.

연구팀은 코발트를 포함하지 않은 LLO 양극재를 대상으로 합성 공정 전 과정에 대해 국부 결정구조의 변화를 실시간으로 분석했다.

그 결과 연구팀은 LLO 양극재 내 산소의 산화환원 반응이 양극재의 국부 결정구조와 직접 관련돼 있으며, 이 양극재의 합성 반응 경로가 국부 결정구조의 형성 및 최종 생성물의 산소 반응 안정성에도 깊은 영향을 미친다는 것을 밝혀냈다.

특히 수산화 리튬을 적용했을때 원하지 않는 전구체의 분해 반응이 억제됐으며 나노 영역에서의 국부 구조가 고르게 분산된 형태의 양극재가 만들어지는 것을 확인했다.

정기영 박사는 "이번 연구는 새로운 양극재의 상용화를 앞당기는데 기여할 것으로 기대된다"고 했다.