UNIST(울산과학기술원) 연구진이 전기차 배터리와 같은 ‘대용량 리튬이온전지’에 적합한 새로운 전해액 시스템을 개발했다. 전체 전해액의 0.5% 수준 첨가제만 더해도 배터리 성능을 높일 수 있는 획기적인 기술로 평가받는다.
UNIST는 최남순·곽상규 에너지 및 화학공학부 교수팀이 ‘고리형 아미노 실레인(Amino Silane) 계열 첨가제’를 추가한 고용량 리튬 이온 배터리용 전해액 시스템을 개발했다고 17일 밝혔다.
한번 충전해서 오래달리는 전기차를 만드려면, 리튬이온전지의 구성요소 중 하나인 양극 소재를 바꿔야 한다. 양극소재로 전이금속인 니켈의 함량이 높은 ‘니켈 리치소재’가 각광 받고 있지만, 니켈 리치소재는 반응성이 커서 전해액을 고갈시키는 문제가 있다.
리튬 이온이 음극과 양극을 오가면서 충방전이 일어나는 리튬이온전지내부에서, 전해액은 리튬이온 운반하는 역할을 하기 때문에 전해액이 고갈되면 전지수명과 성능이 떨어진다. 뿐만 아니라 기존 전해액 구성성분 중 하나인 리튬염은 수분과 만나 산성화합물을 합성하는 문제가 있다.
이 때문에 고용량을 필요로 하는 리튬이온전지에는 새로운 맞춤 전해액이 필요합니다.
연구진은 기존의 리튬이온전해액에 0.5%의 첨가제를 추가해 새로운 전해액 시스템을 개발했다. 해당 첨가제는 전극 계면을 공격하는 산성화합물의 생성 자체를 막고 생성된 산성화합물을 제거한다.
뿐만 아니라 산성화합물이 제거되고 생성되는 물질이 양극 계면에 보호막을 만든다. 이 보호막은 양극을 구조적으로 보호하고 전이금속이 밖으로 흘러나오는 것을 막아준다. 산성화합물은 음극 계면도 공격하기 때문에 산성화합물 생성자체를 억제하는 첨가제를 사용할 경우 음극 보호 효과도 있다.
최 교수는 “이번 연구로 ’니켈 리치 양극‘과 ’흑연 음극‘의 계면 구조 보호를 위한 전해액 첨가제의 새로운 역할에 대한 이해도 가능해졌다”고 밝혔다. 연구결과는 재료 분야의 세계적인 저널 ‘어드벤스드 에너지 머터리얼스’에 3월3일자로 공개됐다. 김봉출기자 kbc78@ksilbo.co.kr