전기연구원 "전기차 급속충전, 성능저하 해결"

전기硏 최정희 박사 연구팀
'음극 표면처리기술' 개발

한국전기연구원은 리튬이온전지의 급속 충전에도 고에너지밀도의 성능을 유지하는 산화알루미늄 코팅 기반의 음극표면처리 기술을 개발했다. 최정희 박사가 산화알루미늄 분산액(왼쪽)과 이를 적용한 리튬이온전지 음극(-) 전극을 들어 보이고 있다. 전기연 제공

전기연이 개발한 산화알루미늄 분산액(왼쪽)과 이를 적용한 리튬이온전지 음극(-) 전극 모습. 전기연 제공

전기차에 쓰이는 리튬이온전지를 500회 급속 충전해도 성능을 유지할 수 있는 기술이 나왔다.

한국전기연구원은 최정희 박사 연구팀이 이종원 한양대 교수팀, 박민식 경희대 교수팀과 함께 급속 충전 조건에서도 리튬이온전지의 충·방전 안정성을 확보할 수 있는 산화알루미늄 코팅 기반의 '음극 표면처리기술'을 개발했다고 27일 밝혔다.

리튬이온전지의 에너지 밀도를 높이려면 전극의 두께를 높아야 하는데, 이 경우 지속적인 급속충전 시 열화 현상이 발생해 전지의 성능이 떨어지고 수명이 저하되는 원인이 된다. 연구팀은 리튬이온전지 음극 표면에 1마이크로미터 이하의 아주 작은 산화알루미늄 입자를 부분 코팅하는 방식으로 급속 충전에도 에너지 밀도를 유지하는 기술을 찾아냈다. 산화알루미늄은 가격이 싸고, 우수한 전기 절연성과 내열성, 화학적 안정성 등을 지녀 각종 세라믹 분야에서 널리 쓰이는 물질이다.

연구팀은 산화알루미늄 입자가 리튬이온전지의 음극과 전해질 간 계면을 효과적으로 제어하고, 리튬이온의 빠른 이동을 유도한다는 사실을 확인했다. 이를 토대로 급속 충전 시 리튬의 전착(충방전이 불가능한 비가역적 리튬)을 막고, 리튬이온전지의 안정적인 충방전 수명을 확보할 수 있음을 알아냈다.

연구팀은 산화알루미늄이 코팅된 음극이 500회 급속 충전에도 83.4% 이상의 성능을 유지하는 것을 확인했다. 현재 파우치 셀을 대상으로 검증을 진행하고 있으며, 향후 대면적 중대형 용량의 전지에 적용할 수 있도록 연구를 발전시켜 나갈 계획이다.

최정희 전기연 박사는 "급속충전과 리튬이온전지의 에너지밀도는 상충 관계로 전기차 대중화를 막는 원인 중 하나"라며 "급속 충전에도 안정적인 고에너지밀도의 리튬이온전지를 구현하는 데 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 재료공학 분야 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(지난달 29일)'에 실렸다. 이준기기자