KETI, 전고체전지용 신규 석출형 음극 기술 개발

전고체전지 성능·수명 향상 기여
불화 마그네슘-탄소 음극재 복합 구조 활용

마그네슘불화물 및 탄소 석출형 음극 적용 전지 평가 결과.ⓒ한국전자기술연구원(KETI)

한국전자기술연구원(KETI)은 LG에너지솔루션과의 기술 협력을 통해 전고체전지에 적용할 수 있는 불화마그네슘 기반의 신규 석출형 음극 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

전고체전지는 황화물계 고체전해질을 도입한 차세대전지다. 안전성의 원천적인 확보와 동시에 기존 리튬이온전지의 에너지밀도를 뛰어넘을 수 있는 게임체인저로 주목받고 있다. 국제적으로 상용화를 위한 원천 기술 확보의 경쟁이 치열해지고 있다.

일반적으로 은과 탄소를 활용한 석출형 음극 기반의 전고체전지는 전지의 수명과 특성이 우수한 것으로 알려져 있다. 하지만 은 자체가 고가의 소재이며 나노 은 입자과 탄소 입자의 물리적 특성의 차이로 인해 전극 제조 공정의 난도가 높아 그동안 전극 대량생산의 걸림돌로 작용해 왔다.

마그네슘은 은과 마찬가지로 리튬 금속과 고용체를 형성할 수 있는 물질로 알려져 있다. 이에 KETI 차세대전지연구센터는 은을 대체할 소재로 마그네슘을 선택하고 마그네슘을 불화물의 형태로 안정화한 후 탄소 입자 표면에 합성해 석출형 음극재로 제조하는 데 성공했다.

연구진은 전극 내에 균일하게 분포된 마그네슘 불화물이 전지 작동 중에 마그네슘 합금을 구성해 음극에서 리튬 이온의 활발한 이동을 돕는다는 것을 확인했다.

기술 개발을 주도한 정윤채(선임연구원) 박사팀은 "마그네슘 불화물을 도입해 전지 특성을 개선함으로써 기존의 은-탄소 시스템을 탈피한 신규 전고체전지 시스템의 가능성을 확인했다"며 "차세대전지 핵심 기술들을 발판으로 향후 전고체전지 신규 소재 및 공정 개발에 노력을 아끼지 않을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 에너지 분야의 세계적인 학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials, IF=24.4) 최신호에 게재되고 전면 표지 논문으로 선정되는 성과를 이뤘다.

유지상 KETI 차세대전지연구센터 센터장은 "KETI는 전고체전지 소재와 전극 요소 기술뿐만 아니라 전지 제조 기술까지 폭넓은 연구를 진행하고 있다"며 "전고체전지 분야 국내 핵심 연구기관으로서 전고체전지 상용화 연구에 주력하겠다"고 말했다.

한편 해당 기술은 LG에너지솔루션의 지원과 한국산업기술기획평가원(KEIT)의 산업기술 알키미스트 프로젝트를 통해 개발됐다.