혹한 견디고 열폭주 막는 전해질 기술 개발

LG엔솔, 포스텍·성균관대와
공동 연구… 성능·열안전 개선
전기차·배터리 등 활용 기대

LG에너지솔루션과 포항공과대학교(POSTECH·포스텍), 성균관대학교가 공동연구를 통해 리튬이온전지의 저온 성능과 열안전성을 동시에 개선할 수 있는 전해질 핵심 기술 개발에 성공했다. 극저온 환경에서 작동해야 하는 특수목적배터리나 고용량 실리콘 음극을 적용한 차세대 배터리 등 폭넓은 분야에 새로 개발된 기술이 활용될 것으로 보인다.

20일 LG에너지솔루션에 따르면 공동연구팀은 영하 20°C의 환경에서도 100회 사이클 후 기존 전해질 대비 월등한 약 87%의 용량을 유지하고, 열폭주를 90% 이상 억제할 수 있는 전해질 기술을 개발했다. 이는 ‘알릴 트리메틸 포스포늄(APT)’계열 이온성 화합물을 활용한 전해질 기술이다. 이온성 화합물은 플러스와 마이너스 전하를 띠는 이온들이 자석처럼 강하게 결합해 만들어진 물질로, 전해질 내에서 이온을 이동시켜 전류를 흐르게 한다. 이 중 APT 계열 이온성 화합물은 단순 첨가제의 기능을 넘어, 전해질의 동결점을 낮추고 계면 반응을 조절하는 다기능성 소재로 주목받고 있다.

실제 이 기술이 적용된 배터리 셀은 영하 20°C의 악조건에서 100회 충·방전 후 약 87%의 높은 용량 유지율을 달성하며 저온 환경에서의 월등한 성능을 입증했다. 보통 배터리 셀의 경우 동일한 조건에서 10% 안팎의 용량을 유지하는 것이 일반적이다. 동일한 APT 계열 이온성 화합물을 고용량 실리콘 음극 전지에 적용해 열폭주를 90% 이상 억제하는 등 전지의 열안전성을 획기적으로 향상했다.

이번 연구는 LG에너지솔루션의 셀 제작 및 분석 인프라, 포스텍의 이온성 화합물 합성 역량, 성균관대의 계면 분석 기술이 결합한 협업의 결과물로 국내 배터리 연구의 국제 경쟁력을 한층 강화했다는 평가가 나온다.

LG에너지솔루션 관계자는 “이번 연구는 하나의 이온성 화합물 플랫폼으로 성능과 안전성이라는 상충된 요구를 동시에 충족시킨 혁신적 사례”라며 “APT 기반 전해질 기술은 전기차뿐 아니라 항공·우주, 극저온 환경용 배터리 등 다양한 분야에서 새로운 고객가치를 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이번 연구 결과는 에너지분야 최고 권위 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’(Advanced Energy Materials), ‘저널 오브 머티리얼스 케미스트리 에이’(Journal of Materials Chemistry A)에 게재됐다.

최우석 기자 [e-mail]