SK온, 신고체전해질 개발···배터리 출력·충전 속도 향상

2차전지 제조업체 SK온이 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖는 산화물계 신고체전해질을 공동 개발했다고 밝혔다. 리튬이온전도도란 전해질 내 리튬이온의 이동 속도를 말한다. 속도가 빠를수록 배터리 출력이 커지고 충전도 고속으로 이뤄진다.

SK온과 단국대 연구팀이 공동 개발한 산화물계 신고체전해질 연구 결과과 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’의 표지에 실려 있다. SK온 제공

SK온은 31일 박희정 단국대 신소재공학과 교수 연구팀과 함께 새로운 산화물계 고체전해질을 개발했다고 밝혔다. 이 연구 결과는 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스‘ 표지논문으로 게재됐다. SK온과 단국대 연구팀은 국내외 특허 출원을 완료했다.

SK온은 리튬이온전도도를 기존보다 70% 개선했고, 이는 세계 최고 수준이라고 밝혔다. LLZO(리튬·란타넘·지르코늄·산소)의 첨가물질을 조정한 결과다. 동시에 안전성도 높였다. 리튬이온전도도가 높아지면 안전성은 떨어진다.

하지만 연구팀은 LLZO의 미세구조를 균일하게 제어하는 방식으로 안전성 문제를 극복했다고 설명했다. 고체전해질은 대기에 장시간 노출되면 전해질 기능이 떨어지지만, 새로 개발한 고체전해질은 우수한 안전성을 보였다고 SK온은 밝혔다.

신고체전해질을 활용하면 배터리 용량도 크게 늘릴 수 있다. 액체전해질을 사용한 리튬이온배터리의 최대 사용 전압은 최대 4.3V이지만, 산화물계 고체전해질을 사용할 경우 최대 5.5V까지 늘어난다. 이론적으로 배터리 용량이 최대 25% 늘어난다.

이 고체전해질은 현재 NCM(니켈·코발트·망간) 양극재를 기반으로 하는 전고체 배터리에 적용 가능하다. 또 차세대 배터리로 꼽히는 리튬·황 배터리 및 리튬·공기 배터리를 전고체화할 수 있는 소재로도 활용할 수 있다. SK온이 개발 중인 고분자·산화물 복합 전고체 배터리에도 적용 가능하다. 적용이 성공하면 화재 안전성은 물론 장거리 주행 가능성을 모두 충족할 수 있을 것으로 SK온은 기대한다.

최경환 SK온 차세대배터리연구센터장은 “이온전도도와 대기안정성을 모두 갖춘 이 고체전해질은 고품질의 전고체 배터리를 만들기 위한 혁신 기술로 파급 효과가 매우 클 것”이라며 “미래 기술 경쟁력을 바탕으로 향후 차세대 배터리 분야의 성장 기회를 선점해 나가겠다”고 말했다.

박순봉 기자 gabgu@kyunghyang.com