▲ POSTECH 화학공학과 이기라 교수(왼쪽), 성균관대 화학공학부 박호석 교수(오른쪽)/사진=LG에너지솔루션

LG에너지솔루션이 산학 협력으로 리튬이온전지의 저온 성능과 열안전성을 동시에 개선할 수 있는 전해질 핵심 기술 개발에 성공했다.

LG에너지솔루션은 POSTECH(포항공과대학교), 성균관대학교와 공동연구를 통해 영하 20°C의 저온 환경에서도 약 87%의 용량을 유지하고, 열폭주를 약 90% 이상 억제할 수 있는 전해질 연구 개발에 성공했다고 20일 밝혔다.

이 연구 결과는 에너지분야 최고 권위 학술지 ‘Advanced Energy Materials’와 ‘Journal of Materials Chemistry A’에 게재됐다.

이번에 개발한 핵심 기술은 ‘알릴 트리메틸 포스포늄(Allyl Trimethyl Phosphonium, APT)’계열 이온성 화합물을 활용한 전해질 기술이다. 공동 연구팀은 이 물질을 이용해 리튬이온전지의 성능 저하 주요 원인인 ‘저온 이온 이동 저하’와 ‘계면 불안정성’을 동시에 개선하는 데 성공했다.

이 기술이 적용된 배터리 셀은 영하 20 °C의 악조건에서 100회 충방전 후 약 87%(일반적인 셀 10% 안팍)의 높은 용량 유지율을 달성하며 저온 환경에서의 월등한 성능을 입증했다. 

또한 ‘Journal of Materials Chemistry A’에 게재된 후속 연구에서는, 동일한 APT 계열 이온성 화합물을 고용량 실리콘 음극 전지에 적용해 열폭주를 약 90% 이상 억제하는 등 전지의 열안전성을 획기적으로 향상시켰다. 이는 배터리 셀 발화 시 발생하는 발열량을 기존 대비 90% 낮춰 열 전이 속도를 크게 줄일 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이번 연구는 LG에너지솔루션의 셀 제작 및 분석 인프라, POSTECH의 이온성 화합물 합성 역량, 성균관대의 계면 분석 기술이 결합된 협업의 결과물로 국내 배터리 연구의 국제 경쟁력을 한층 강화했다는 평가를 받고 있다.

또한 향후 극저온 환경에서 작동해야 하는 특수 목적 배터리나 고용량 실리콘 음극을 적용한 차세대 배터리 등 폭넓은 분야에 활용될 것으로 기대되고 있다.

토요경제 / 양지욱 기자 yjw@sateconomy.co.kr

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