KAIST, 전기차 배터리 수명 늘리는 전해질 첨가제 개발

기사내용 요약
고려대-UNIST-현대자동차-한국화학연구원과 공동연구
세계 최고 수준 저비용·고효율·고용량 실리콘 기반 기술
저온서고온까지 온도 내구성 뛰어난 전극 계면층 형성

[대전=뉴시스] 고용량 전극 계면을 보호하는 APFS 첨가제의 디자인 모식도. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 생명화학공학과 최남순 연구팀이 최고 수준의 전기차 배터리 첨가제 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

고려대 곽상규 교수팀, UNIST 홍성유 교수팀, 현대자동차, 한국화학연구원 등과 공동연구를 통해 개발된 이 기술은 고용량 실리콘 기반 음극과 니켈리치 양극으로 구성된 리튬이온 이차전지의 수명을 늘릴 수 있는 전해질 첨가제다.

이 전해질 첨가제는 실리콘 기반 음극과 니켈 리치 양극의 저온, 상온 및 고온에서의 가역성을 증대시켜 배터리 충방전 횟수 증가에 따른 급격한 용량 감소 문제를 해결할 수 있는 새 기술이다.

공동 연구팀은 전해질 첨가제 설계 초기단계에서 양극과 음극에 적합한 작용기를 분자공학적 기법으로 조합해 첨가제를 디자인 및 합성했다.

새롭게 합성된 '4-아릴옥시페닐 플로로설페이트(APFS) 첨가제'는 전극에 탄성을 부여하고 열적으로 안정한 계면 층을 형성키 위한 기술로 전기화학적 반응에 의해 고용량 실리콘 기반 음극과 니켈 리치 양극 표면에 고체전해질 계면막을 형성, 상온 및 고온 등 다양한 온도에서 전지 수명을 획기적으로 늘릴 수 있다.

특히 이 기술은 산업계에서 요구하는 수준의 높은 합재밀도를 가진 실리콘 기반 음극, 니켈 리치 양극을 사용했고 저비용으로 극대화된 효율을 낼 수 있다.

KAIST 문현규 연구원은 "개발된 전해질 첨가제는 내열성과 유연성이 우수한 전극 계면 층을 형성해 전기차 구동 온도 45도에서 전지의 반복적인 300회 충방전 후에도 초기 용량의 72.5%를 구현했다"면서 "이는 기존 첨가제인 비닐렌 카보네이트(VC), 플루오르에틸렌 카보네이트(FEC) 대비 각각 54%, 38% 향상된 수준"이라고 설명했다.

이번 연구는 국제 학술지 '어드밴스트 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 지난 4일자 온라인판에 실렸다.(논문명:Elastic Interfacial Layer Enabled the High-Temperature Performance of Lithium-Ion Batteries via Utilization of Synthetic Fluorosulfate Additive).

최남순 교수는 "이번 성과는 기존 상용 첨가제들의 한계를 극복할 수 있는 전해질 첨가제 기술로 타겟으로하는 양극 및 음극 특성에 적합한 첨가제를 정확하게 개발해 내는 새로운 방향을 제시했다"며 "저온에서부터 고온에 이르기까지 온도 내구성이 뛰어난 전극 계면층을 형성하는 세계 최고 수준의 전해질 첨가제"라고 말했다.

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