화학뉴스

국내 연구진이 대용량 배터리의 양극재를 보호하는 상온 코팅 기술을 개발했다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 조재필 특훈교수 연구팀은 배터리 수명을 저해하는 양극재 입자의 미세 균열과 화학적 불안정성을 획기적으로 개선할 수 있는 코팅 기술을 개발했다고 3월2일 밝혔다.
상온에서 입자 표면 뿐만 아니라 입자 내부까지 코팅이 가능한 혁신 기술로 주목받고 있다.
대용량 배터리의 양극 소재로 사용되는 하이니켈 소재는 고용량 발현이 가능하고 가격이 상대적으로 저렴한 장점이 있으나 충·방전이 반복되면 소재 입자 내부에 미세 균열이 생기고 전해액과의 부반응 때문에 수명이 급격히 감소하는 문제가 있다.
전극을 보호하기 위해 현재 생산하고 있는 모드 소재 표면에 코팅제를 발라 섭씨 700도 이상 고온에서 열처리하는 방식을 사용하고 있으나 성능 저하와 공정비 상승으로 이어지는 과제가 지적되고 있다.
연구팀은 보호제인 코발트-보라이드 화합물을 양극재 입자 표면 뿐만 아니라 내부까지 골고루 침투시킬 수 있는 상온 코팅 기술을 개발해 과제를 해결했다.
코발트-보라이드 물질이 하이니켈 양극 구성 성분인 산소와 강한 결합을 이루는 원리로 상온 코팅이 가능한 것으로 알려졌다.
주로 입자 표면에서 시작된 균열이 안으로 파고들어 내부까지 이어지기 때문에 연구팀이 개발한 코팅법을 적용하면 입자 안팎을 모두 보호할 수 있어 수명 유지 효과가 뛰어난 것으로 나타났다.
연구팀이 코팅제를 적용한 하이니켈 양극재와 상용 인조흑연 소재를 음극재로 적용한 배터리를 제조해 코팅제의 성능을 평가한 결과 500회 충전 및 방전 후에도 기존 용량의 95%에 달하는 성능을 확보했다.
일반 하이니켈계 소재 대비 약 20% 향상된 수명 유지율로 파악되고 있다.
조재필 교수는 “신규 개발한 코팅법을 적용한 양극재를 대량 합성할 수 있는 공정을 개발한다면 기존 코팅 공정과 비교해 적어도 20% 이상의 비용 절감이 가능할 것”이라고 강조했다.
연구는 미국 매사추세츠공과대(MIT)의 쥐 리(Ju Li) 교수 연구팀과 공동으로 진행했고 연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지인 Nature Energy 3월2일자에 공개됐다. (강윤화 선임기자)