'반복적인 급속 충전에도 안정'…KERI, 리튬이온전지 대용량 기술 개발

최정희 팀 논문, 국제 학술지 게재
기존 달리 산화알루미늄 간단 코팅
충방전 수명 확보 전기차 보급 기여

국내에서 급속 충전을 반복하는 리튬이온전지의 용량을 안정적으로 늘리는 핵심 기술이 개발돼 전기차 보급에 이바지할 전망이다.

한국전기연구원 최정희 박사가 산화알루미늄 분산액(사진 왼쪽)과 이를 적용한 리튬이온전지를 들고 있다. 한국전기연구원 제공

과학기술정보통신부 산하 한국전기연구원(KERI)은 전기소재공정연구센터 최정희 박사팀이 한양대 이종원·경희대 박민식 교수팀과 함께 이 같은 기술 개발에 성공했다고 27일 밝혔다.

전기차 주행거리 상승과 안전성 확보, 충전 속도 향상 등을 위해서는 고에너지밀도를 갖춘 대용량 리튬이온전지를 설계해야 한다.

이는 전극의 두께를 늘리는 방식으로 구현할 수 있지만 급속충전할 때 발생하는 열화(劣化) 현상 등으로 전지 성능이 떨어지는 문제가 발생한다.

그간 국내외 연구진은 흑연에 기능성 나노기술을 도입하는 등 주로 전극 내부 활물질 소재 개발에 집중해 왔다.

그러나 KERI 연구팀은 리튬이온전지 음극 극판 표면에 1㎛ 이하의 미세한 산화알루미늄 입자를 부분 코팅하는 단순한 방식으로 이를 해결했다.

산화알루미늄은 가격이 저렴한 데다 우수한 전기 절연성, 내열성, 화학적 안정성 등 특성을 보유하고 있어 각종 세라믹 분야에서 널리 사용된다.

이 방식을 사용하면 급속충전할 때 충·방전이 불가능한 비가역적 부분이 늘어나는 리튬 전착 현상을 막을 수 있을뿐더러 안정적인 충·방전 수명을 확보하고, 고에너지밀도화를 구현할 수 있다.

연구팀은 다양한 실험을 통해 세계 최고 수준의 우수성을 검증했다.

특히 산화알루미늄이 코팅된 고에너지밀도의 전지는 500차례의 급속충전에도 83.4% 이상 성능(잔류 용량비)을 유지했다.

현재 500mAh급 파우치 셀까지 효과 검증이 진행됐고, 앞으로 대면적 중대형 용량의 전지에서도 적용될 수 있도록 기술을 발전시킬 계획이다.

이런 연구 결과를 기반으로 우수성을 인정받아 국내와 미국 특허 등록을 마쳤다. 또 최근 관련 논문이 재료공학 분야 국제 저명 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’(JCR Impact Factor 19, 영향력 지수 상위 3.7%)에 게재됐다.

최정희 박사는 “급속충전이 가능한 안정적인 고에너지밀도 리튬이온전지를 구현해 전기차의 대중화에 이바지할 것으로 기대한다”고 강조했다.