화학뉴스

한국전기연구원(KERI)이 복합 음극재 대량생산 기술을 11억원에 이전했다.
KERI 나노융합연구센터 이건웅·정승열 박사팀, 차세대전지연구센터 김익준·양선혜 박사팀은 최근 LiB(리튬이온전지) 음극재로 주목받고 있는 실리콘(Silicone)의 단점을 보완하면서 저렴한 가격으로 국내 중소·중견기업들도 쉽게 접근 가능하도록 한 획기적인 복합 음극재 제조기술을 개발 완료했다.
실리콘은 현재 LiB 음극재에 주로 사용되는 흑연보다 에너지 밀도가 10배나 높고 충·방전 속도도 빠르지만 충·방전 시 부피 팽창 문제와 전기전도도가 낮다는 단점이 있으며 입자가 부서지거나 전극 박리 및 연속적인 전해액 분해 반응을 일으켜 배터리 성능을 급격히 감소시킬 수 있다.
KERI는 그래핀(Graphene)으로 실리콘의 단점을 보완하면서 장점을 강화했다.
그래핀은 전도성이 매우 우수하고 전기화학적으로 안정적이어서 실리콘을 전해질로부터 효과적으로 보호할 수 있으며 그래핀 코팅층은 우수한 기계적 강도를 지닌 그물망 구조이기 때문에 실리콘의 부피 팽창에 따른 성능 감소를 억제할 수 있는 것으로 알려졌다.
KERI는 10년 이상 그래핀 연구를 통해 축적해온 산화·환원 공정을 기반으로 높은 결정성과 전기전도성을 가지는 산화/환원 그래핀 제조기술을 개발하고 효과적으로 분산해 다른 물질과의 결합을 용이하게 할 수 있는 고농도 페이스트 형태의 그래핀 수계 분산 기술까지 확립했다.
이후 기존 LiB용 활물질 제조공정과 접목시켜 상용화까지 이어질 수 있는 대량생산 공정기술을 확보했으며 실리콘 첨가량을 5% 이내 수준에서 20%까지 늘려 고용량·고품질 음극을 안정적으로 제조할 수 있는 결과도 얻었다.
나노 실리콘에 비해 저가인 마이크론 크기 실리콘을 활용했고 KERI만의 고결정성 그래핀 분산기술을 적용해 코어-쉘(Core-Shell) 구조의 복합 음극재를 대량으로 제조할 수 있는 기술 개발에 성공했다.
실리콘/그래핀 복합 음극재를 기반으로 한 시작품인 파우치형 풀 셀(Full Cell)을 제작해 전기화학적 특성 검사까지 마무리했고 기술에 대한 국내·외 원천특허 등록까지 완료한 것으로 알려졌다.
최근에는 연구 성과의 높은 기술력을 인정받아 국내 전기·전자 소재·부품 전문기업인 HNS에게 11억원에 기술을 이전했다.
연구팀은 기술이전을 통한 상용화로 월간 톤 단위 이상의 실리콘/그래핀 복합체 분말을 제조할 수 있을 것으로 기대하고 있다. (강윤화 선임기자)