UNIST "무용매 건식 전극 공정으로 리튬이온배터리 성능 향상"

반제품 특성 평가해 최적 공정 조건 찾아…"상용화 가능성 높여"

건식 전극 제조 공정 [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도를 높이면서도 유해 용매를 사용하지 않는 친환경 건식 전극 공정을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 제시했다.

25일 UNIST에 따르면 에너지화학공학과 정경민 교수팀은 리튬 이온 배터리의 건식 전극 단위 공정과 반제품 평가 방법을 새롭게 개발했다.

리튬 이온 배터리 전극은 전통적으로 습식 공정으로 제작한다.

그러나 두꺼운 전극을 사용해 바인더와 도전재의 불균일한 분포로 성능 저하 문제가 발생한다.

이에 반해 건식 전극 공정은 유기 용매를 사용하지 않아 균일한 전극을 만들 수 있는 게 장점이다.

다만 상용화가 어려워 실험실 수준의 연구에 머물러 있었다.

이에 연구팀은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 바인더 기반의 무용매 건식 공정을 도입해 제품화 가능성을 높였다.

공정은 과립 형성, 필름 형성, 압연 및 라미네이션 단계로 나뉘는데, 연구팀은 각 단계에서 제작되는 반제품의 물리적·전기적·전기화학적 특성을 평가해 최적의 공정 조건을 찾았다.

연구팀은 특히 PTFE의 압출비가 높은 바인더를 사용하면 낮은 에너지로도 강도가 높은 전극 필름을 만들 수 있고, 전극의 미세 구조가 개선돼 출력 특성이 향상한다는 사실을 처음으로 밝혀냈다.

리튬 이온 배터리에서 바인더는 활물질과 전자를 이어주는 중요한 역할을 한다.

상용화된 습식 전극 공정에서는 바인더의 종류와 함량에 따라 공정과 전극 성능이 크게 달라지는데, 건식 전극에서도 PTFE 바인더의 종류와 함량에 따라 각 공정과 최종 전극의 출력 특성이 어떻게 바뀌는지 파악한 것이다.

정경민 교수는 "수작업으로 일일이 전극을 만드는 과정은 대량 생산이 어렵고, 일관된 품질을 유지하기 힘들다는 문제점이 있었다"며 "실험실 규모를 넘어 단위 공정으로 세분화한 이번 연구로 상용화에 기여할 것"이라고 말했다.

연구 결과는 화학공학 국제 학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널'(Chemical Engineering Journal)에 게재됐다.

연구는 국가과학기술연구회가 지원하는 창의형 융합연구사업인 '탄소중립형 고에너지밀도 배터리를 위한 소재/공정 혁신 융합 설루션 개발' 과제를 통해 이뤄졌다.

yongtae@yna.co.kr

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