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KERI 하윤철 박사팀, 공침법 이용 전고체전지용 황화물 고체전해질 합성 기술 개발 K-배터리 위상 제고 전망 김용준 기자 2021-02-22 16:01:39

KERI 하윤철 박사가 공침법을 이용해 고체전해질 저가 대량생산 기술을 개발했다(사진. KERI)

 

과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 기관인 한국전기연구원(이하 KERI) 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 공침법을 이용해 전고체전지용 황화물 고체전해질을 저가로 대량 합성하는 신기술을 개발했다고 밝혔다.

 

국내 배터리 제조사들은 리튬이온배터리의 안전성 문제를 해결하기 위해 노력하는 한편, 차세대 배터리라고 불리는 전고체전지의 기술 개발을 지속 추진하고 있다. 일반적으로 배터리는 양극과 음극 사이에 접촉을 방지하는 분리막이 위치하고 전해질이 함께 형성돼 있다. 리튬이온배터리의 경우, 액체전해질로 구성돼 있어 온도변화에 민감하고 외부 충격에 민감해 기타 부품을 활용한 안전성 확보 등이 필요하다. 반면 전고체전지의 경우, 액체전해질이 아닌 고체전해질로 대체한 케이스로, 구조적으로 단단하며, 화재 위험성으로부터도 안전하지만 투입되는 황화리튬의 원가가 높고 고도의 기술력이 요구되며 생산성도 높지 않아 가격이 매우 고가로 측정돼 있다. 

 

이번에 KERI 하윤철 박사팀은 전고체전지의 황화리튬을 사용하지 않고 용액합성만으로 황화물계 고체전해질을 저가로 대량생산할 수 있는 공침법을 개발하는 데 성공, 향후 전지의 고용량화, 소형화 등에 활용돼 K-배터리의 위상을 공고히 할 것으로 전망된다. 

 

박사팀이 시행한 공침법은 여러 가지 서로 다른 이온들을 수용액 혹은 비수용액에서 동시에 침전시키는 방법으로, 리튬이차전지용 양극 소재를 대량생산하는 산업 현장에서 가장 많이 활용되는 방법이다. 

 

공침법을 통해 분리된 유기용매(위쪽)와 고체전해질(열처리 前 상태)

 

KERI 연구팀은 지속적인 연구 끝에 리튬과 황, 인, 할로겐 원소 등을 공침시키는 공정 개발에 성공했고, 기존의 황화리튬을 사용하던 방식과 동일한 수준의 고체전해질을 제조할 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

 

이 공침법은 원료비를 약 15배 이상 절감할 수 있고 공정 과정에서도 복잡하지 않아 비용 절감 효과를 해결할 수 있을 것으로 전망된다. KERI 연구팀은 이번 성과를 관련 수요업체를 발굴, 기술이전을 추진할 계획이다.

 

연구 개발자인 하윤철 박사는 “향후 KERI 기술의 기업체 이전을 통해 공정라인 확대 및 고체전해질 양산을 추진하고, 이를 기반으로 전고체전지 상용화에 필요한 다양한 제조기술 개발에도 노력할 것”이라고 전했다.
 

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