젤 분리막 개발 및 열 안정성(사진. KISTI 미리안)

전원 리튬 전지 분리막 디자인 및 연구

- 플라스틱 막, 전지의 양극과 음극 분리시켜 회로의 단락 발생 방지

최근 여러 가지 리튬 전지를 사용하는 전기 자동차 화재 사고가 발생하여 안전 문제는 전기 자동차용 전원 리튬 전지 발전의 우선적인 보틀넥(Bottleneck) 문제로 되고 있다.
리튬 전지 구조 중에서 분리막(Separator)은 핵심적인 내부 층 부품 중 하나이다. 분리막은 플라스틱 막(Plastic Film)으로 개발되기 때문에 전지의 양극과 음극을 분리시키고 회로의 단락(Short Circuit) 발생을 방지하게 된다. 때문에 분리막과 전지 안전은 밀접히 관련되어 있는 상황이다. 미래 시장에서 전력 리튬 전지의 안전성에 대한 요구는 더욱 높아질 것으로 전망되며, 고온에 견디는 고 품질(전기 화학 성능이 우수함)의 전력 리튬 전지 분리막에 대한 연구개발은 과학기술계와 산업계의 중요 과제로 대두된 상황이다.
최근 중국과학원 닝보(寧波) 재료 기술 및 공정 연구소 산하 ‘전력 리튬 전지 공정 실험실’ 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 일종 폴리이미드(Polyimide) 부직포에 기반한 가교형 복합 젤 분리막(Crosslinked Gel Composite Membrane)을 디자인하고 개발하는데 성공해 이슈다.
이런 유형의 분리막은 부직포 분리막과 젤 폴리머 전해질(Gel Polymer Electrolytes) 이중 장점을 결합한 특징을 보유하고 있다. 그 중, 하부 구조(Bottom Mold)로서 부직포 재료는 분리막의 우수한 열 사이즈 안정성을 부여하고 있다. 때문에 전지가 발열(發熱) 상태에서의 분리막 용해와 수축으로 인해 발생하는 회로 폭발 사고를 효과적으로 방지할 수 있다.
분리막 내부 가교 폴리에테르 구성 요소(Cross-Linked Polyether Component)는 복합 분리막으로 하여금 장기적으로 사용하는 과정에서의 안정성을 보장할 수 있게 할 뿐만 아니라 전해질이 용해 팽창된 후 젤 폴리머 전해질을 형성할 수 있게 한다. 이런 디자인은 분리막 내부 전해질 안정성을 강화시키고 단순하게 부직포 분리막을 사용하여 액체가 누출되어 발생하는 심각한 문제를 극복하고 사용 과정에서의 전지 안전성을 한층 더 강화시킨다는 특징이 있다.

<플라스틱기계산업 4월호에 게재되었습니다>