[IR52 장영실상] 초고분자 PE로 분리막 강도높여 배터리 효율성·안전성 동시 강화

한화토탈에너지스 '2차전지 분리막용 폴리에틸렌'

왼쪽부터 한재혁 팀장, 이주원 팀장, 이승엽 프로, 홍원종 프로.

올해 제46주 차 IR52장영실상 수상 제품으로 한화토탈에너지스가 개발한 '차세대 2차전지 분리막용 초고분자량 폴리에틸렌(PE)'이 선정됐다. PE는 플라스틱, 비닐 등의 원료로 사용되는 합성수지의 일종으로 분자량이 매우 높은 PE를 초고분자량 PE라고 한다.

최근 전기자동차 시장이 급성장하면서 이에 사용되는 2차전지에 대해 고성능화와 안전성 강화가 요구되고 있다. 요구를 충족하기 위해선 2차전지에 쓰이는 소재를 고성능화해야 한다. 예를 들어 전기차 주행거리를 늘리기 위해선 2차전지의 에너지 밀도 향상이 필요하고 이를 위해선 음극과 양극을 분리하고 리튬이온의 이동 통로 역할을 하는 '다공성 분리막'을 10㎛(마이크로미터) 이하로 아주 얇게 만들어야 한다.

문제는 다공성 분리막 두께를 이렇게 얇게 만들면 강도가 크게 저하된다는 점이다. 이를 해결하기 위해 분리막 소재로 사용되는 PE 고분자의 분자량을 증가시키거나 초고분자량 PE를 사용하는 방법이 시도된다. 하지만 이 방법 역시 공정 난도가 높아 분리막 외관에 결점이 증가한다. 결점은 2차전지의 안전성을 위협한다.

한화토탈에너지스 연구팀은 결점이 크게 줄어든 초고분자량 PE를 개발하는 데 성공했다. 한재혁 PE연구팀장은 "초고분자량 PE 수지의 분자량 분포를 조절하는 기술과 입자 특성을 미세 조절하는 기술을 개발했다"며 "이 기술로 분리막 제조의 가공성을 안정화시켰다"고 말했다.

이 기술로 개발한 초고분자량 PE는 결점 수가 기존과 비교해 약 20분의 1로 감소한 것으로 나타났다. 초고분자량 PE 강도는 철로 만든 와이어로프에 비해 14배 강하다. 초고분자량 PE는 2021년 12월 개발을 완료했다. 2022년 6월부터 판매에 들어가 반년 만에 매출 약 10억원을 올렸다. 한화토탈에너지스는 현재 시간당 14t을 생산할 수 있는 시스템을 구축했다. 올해 매출액은 540억원을 달성할 것으로 예상하고 있다.

주최 : 과학기술정보통신부 주관 : 매일경제신문사 한국산업기술진흥협회

[고재원 기자]