리튬이온전지 저온성능·열폭주 동시 개선 전해질 핵심기술개발

왼쪽이 포항공과대학교 화학공학과 이기라 교수, 오른쪽이 성균관대학교 화학공학부 박호석 교수. 사진=LG에너지솔루션
 

LG에너지솔루션이 포항공과대학교(포스텍)·성균관대학교와 함께 리튬이온전지의 저온 성능과 열 안전성을 동시에 개선하는 전해질 핵심기술개발에 성공했다고 20일 밝혔다.

공동연구팀은 영하 20°C 환경에서도 100회 사이클 후 기존 전해질 대비 약 87%의 용량을 유지하고, 열폭주를 약 90% 이상 억제하는 전해질 연구 개발에 성공했다고 설명했다. 이 연구 결과는 에너지 분야 최고 권위 학술지 ‘Advanced Energy Materials(어드밴스드 에너지 머터리얼스)’와 ‘Journal of Materials Chemistry A(저널 오브 머터리얼스 케미스트리 A)’에 게재됐다.

이번에 개발한 핵심 기술은 ‘알릴 트리메틸 포스포늄(APT)’ 계열의 이온성 화합물을 활용한 전해질 기술이다. 이온성 화합물은 플러스와 마이너스 전하를 띠는 이온들이 자석처럼 강하게 결합해 만들어진 물질로, 전해질 내에서 이온을 이동시켜 전류를 흐르게 하는 역할을 한다. 이 중 APT 계열 이온성 화합물은 단순 첨가제 기능을 넘어, 전해질의 동결점을 낮추고 계면 반응을 조절하는 다기능성 소재로 주목받고 있다.

공동연구팀은 이 물질을 전해질 내에 도입해 리튬이온전지의 성능 저하 주원인인 ‘저온 이온 이동 저하’와 ‘계면 불안정성’을 동시에 개선하는 데 성공했다.

이번 연구는 LG에너지솔루션의 셀 제작·분석 인프라, 포스텍의 이온성 화합물 합성 역량, 성균관대의 계면 분석기술을 결합한 협업의 결과물이다. 향후 극저온 환경에서 작동해야 하는 특수 목적 배터리나 고용량 실리콘 음극을 적용한 차세대 배터리 등 폭넓은 분야에 활용할 것으로 기대된다.

포스텍 이기라 교수 연구팀은 “산업 현장의 기술 과제를 학문적으로 재해석해 실질적인 솔루션으로 발전시킨 산학협력의 모범 모델”이라고 평가했으며, 성균관대 박호석 교수 연구팀은 “APT 이온성 화합물의 분자 설계 자유도를 활용하면 향후 전고체전지와 리튬금속전지로의 확장도 가능하다”고 말했다.

LG에너지솔루션 관계자는 “이번 연구는 하나의 이온성 화합물 플랫폼으로 성능과 안전성이라는 상충한 요구를 동시에 충족시킨 혁신적 사례”라며, “APT 기반 전해질 기술은 전기차뿐만 아니라 항공·우주, 극저온 환경용 배터리 등 다양한 분야에서 새로운 고객가치를 제공할 수 있을 것”이라고 전했다.

〈문화경제 김응구 기자〉