화재위험 낮은 전고체전지용 전해질 대량생산 길 열었다

한국전기연구원

간단한 합성법으로 고체전해질을 저가 대량생산하는 기술을 개발한 한국전기연구원(KERI) 연구진. 왼쪽부터 박준호 KERI 선임연구원, 허용준 KERI 연구원. 한국전기연구원 제공

국내 연구진이 전고체전지용 고체전해질을 저렴한 비용으로 대량생산할 수 있는 기술을 개발했다.

한국전기연구원(KERI)은 박준호 이차전지연구단 선임연구원 연구팀이 고가의 황화리튬은 물론 첨가제 없이 고순도의 고체전해질을 제조할 수 있는 ‘간단 합성법(One-pot)’을 개발했다고 15일 밝혔다.

고체전해질 제조법은 고에너지 볼 밀링 공정을 통한 ‘건식 합성법’과 용액의 화학 반응을 활용하는 ‘습식 합성법’이 있다. 연구팀은 공정의 스케일업 및 양산화에 유리한 습식 합성법에 집중했다. 용매 내에서의 최적 합성 반응을 통해 고순도의 고체전해질을 제조하는 데 성공했다.

이번에 개발된 고체전해질의 가장 큰 장점은 고가의 황화리튬(Li2S)을 사용하지 않아도 된다는 것이다. 황화리튬은 고제전해질 제조를 위해 투입되는 시작물질 비용의 95%를 차지할 정도로 비싸다. 

또한 습식 합성과정에서 황화리튬이 미반응 불순물로 남아 셀 성능 저하의 원인이 되는 경우도 종종 발생한다는 문제점도 있다. 일부 황화리튬을 사용하지 않는 합성법이 제안되기도 했지만 고가의 첨가제를 추가로 사용해야 하고 잔존 불순물이 발생해 결과물도 만족스럽지 못했다.

이번에 개발된 고체전해질 간단 합성법은 기존 습식 공정 대비 황화리튬은 물론 어떠한 첨가제나 추가 공정 없이도 양질의 고체전해질 제조를 가능하게 한다. 비용은 기존 황화리튬을 사용했던 재료비 대비 25분의 1 수준으로 절감할 수 있다. 제조 공정 시간도 줄여 고체전해질의 대량생산화에도 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

박준호 선임연구원은 “유기 용매 내에서 시작물질의 최적 화학반응 조합을 통해 고순도의 고체전해질을 쉽고 간단하게 제조할 수 있는 방식을 찾았다”며 “전고체전지 상용화의 가장 큰 난관인 가격 경쟁력과 대량생산 이슈를 모두 해결할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
 

[박정연 기자 hesse@donga.com]