급속 가열로 리튬이온 배터리 수명 늘리는 핵심 기술 개발

기존 소결과 급속 줄 가열 소결의 하이니켈 양극재 미세구조 변화 및 소결 동역학 모식도(한국연구재단 제공) /뉴스1

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국연구재단은 울산과학기술원(UNIST) 이현욱 교수 연구팀이 기초과학연구원(IBS) 로드니 루오프 교수·성원경 박사, 강원대학교 진성환 교수, 미국 캘리포니아대(UCLA) 위장 리 교수와 공동으로 하이니켈 양극제 결함을 제어해 리튬이온 배터리 수명을 크게 높이는 핵심 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

차세대 리튬이온 배터리 핵심 소제인 하이니켈 양극재는 고용량과 고에너지 밀도를 구현할 수 있어 전기차, 고속 충전 전지 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.

그러나 열 안정성이 낮아 제조 과정에서 구조적·형상적 열화가 발생하기 쉽다는 문제가 있다.

연구팀은 고온 소결 과정에서 발생하는 과도한 입자 성장과 저온 소결 시 기공 형성이 전지 성능 저하의 주요 원인임에 주목했다. 이에 재료 자체를 수초 내에 빠르게 고온으로 가열하는 '급속 줄 가열' 시스템을 도입, 비정상적인 입자 성장과 기공 잔존 현상을 억제했다.

그 결과 전지의 수명과 기계적 안정성 모두를 획기적으로 향상시킬 수 있었다.

하이니켈 양극재의 열처리(소결) 과정에서 발생하는 미세구조 결함을 정밀하게 제어함으로써 고에너지 밀도 전지의 장수명화와 고신뢰성 구현이 가능할 것으로 기대된다.

이 교수는 "이번 연구는 단순한 열처리 조건의 변경을 넘어 양극 소재의 소결 거동 전반에 대한 원리적 접근과 실증적 검증을 함께 수행했다는데 차별성이 있다"며 "향후 다양한 산화물 기반 전극 소재의 소결 공정 최적화를 위한 기반 기술로 확장될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr