차세대 ‘꿈의 배터리’ 상용화 필수 기술…롯데케미칼, 전고체 음극재 분리막 개발

배터리의 안정·내구성 향상 소재
리튬메탈 생산설비 투자비도 절감
국내 최초로 특허 출원까지 완료

롯데케미칼이 차세대 반고체·전고체 리튬메탈 배터리에 사용되는 리튬메탈 음극재의 안정성을 높일 수 있는 분리막 기술을 개발했다.

기능성 소재를 분리막에 입혀 배터리 내구성을 높인 것이다. 분리막은 양극재, 음극재, 전해질 등과 함께 배터리를 구성하는 4대 요소 중 하나다.

롯데케미칼은 고분자계 고체전해질 기반 ‘분리막 코팅소재 제조 기술’을 국내 최초로 개발하고 국내 특허 출원을 완료했다고 28일 밝혔다.

리튬메탈 배터리는 기존 리튬이온 배터리의 흑연·실리콘 음극재를 리튬(금속)으로 대체해 성능과 안정성이 뛰어나다. 리튬이온 배터리 대비 에너지 용량이 크면서도 부피가 작아 전기차 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있어 전고체 배터리와 함께 ‘꿈의 배터리’로도 불린다.

롯데케미칼이 개발한 분리막 코팅소재 제조 기술은 리튬이온의 흐름성을 개선하는 기능성 소재를 리튬메탈 배터리 분리막에 코팅해 배터리 내구성을 개선하는 것이 핵심이다.

배터리를 사용하다 보면 리튬이온이 음극 표면에 적체되면서 나뭇가지처럼 뾰족하게 자라나는 결정체인 ‘덴드라이트(dendrite)’를 형성하는데, 이는 리튬이온의 이동을 방해해 전지 효율과 수명을 떨어뜨린다.

이번에 개발된 기술은 덴드라이트 현상을 억제하고, 리튬메탈 음극재의 장기적인 안정성과 내구성을 확보할 수 있다. 또 500번 충전했을 때 90% 이상의 용량 보존율을 보여 코팅이 없는 기존 분리막 대비 30% 이상 내구성 향상 효과를 기대할 수 있다고 롯데케미칼은 설명했다.

특히 리튬이온 배터리 제조설비에 분리막 코팅소재 제조 기술 공정만 적용해 생산할 수 있어 리튬메탈 배터리 생산설비를 구축할 때 투자비가 절감된다.

롯데케미칼은 2021년 미국의 리튬메탈 음극재 개발 스타트업 소일렉트와 지분 투자 및 공동 연구·개발(JDA) 협약을 체결하고 2년여간 공동 연구를 거쳐 이번 기술 개발에 성공했다고 밝혔다. 현재 국내외 리튬메탈 배터리 관련 업체 및 대학 등과 기술 적용 테스트를 진행 중이며, 전문 연구기관들과 추가 협력관계를 구축할 예정이다.

롯데케미칼은 지난해 3월 전지소재사업단을 신설하고 신성장동력의 일환으로 배터리 소재 사업의 역량 확대를 본격적으로 추진하고 있다.

이진주 기자 jinju@kyunghyang.com