화학뉴스

전고체전지용 소재는 LiB(리튬이온전지)에서 먼저 활용될 것으로 예상된다.
일본특수도업(NGK Spark Plug)은 장기간 축적해온 세라믹 기술을 활용해 산화물계 전고체전지 연구개발(R&D)을 추진하고 있으며 최근 전고체전지용으로 개발한 고체전해질을 활용하는 신규 사업을 구상하고 있다.
전고체전지가 차세대 배터리로 관심을 모으고 있으나 시장이 형성돼 있지 않아 이미 시장이 형성된 LiB용부터 공략한 다음 전고체전지 사업으로 나아가는 과정이 필요하다고 판단하고 있다.
전고체전지는 고체 무기화합물을 전해질로 사용해 LiB처럼 액체 유기용제는 사용하지 않는 것이 특징이며, 특히 산화물계 전고체전지는 황화물계와 달리 가스 발생이 없다는 장점을 갖추고 있다.다.
일본특수도업이 만든 란타늄지르콘산리튬(LLZ) 산화물계 고체 전해질은 세라믹을 사용해 발화 리스크를 낮추었고 높은 리튬이온 전도율, 리튬에 대한 안정성을 갖춘 것으로 평가된다.
다른 소재 중에도 리튬이온 전도율이 높은 조합이 있으나 리튬에 대한 안정성까지는 확보하지 못한 반면, LLZ 산화물계 고체 전해질에 마그네슘(Magnesium), 스트론튬(Strontium)을 첨가함으로써 안정성을 확보했다.
현재 LLZ 산화물계 고체 전해질을 분말, 시트, 소결체 형태로 공급할 수 있으며 바인더를 병용한 시트 형태를 LiB의 분리막(LiBS)용으로 제안하는 방안을 검토하고 있다.
기존 LiB 분리막은 수지 소재를 채용하는 것이 일반적이나 수지 소재에 이온 전도율이 없어 액체 전해질의 이온 전도를 방해하는 단점이 있다.
반면, 높은 리튬이온 전도율을 갖춘 LLZ 산화물계 고체 전해질을 LiB 분리막으로 사용한다면 이온 전도가 촉진돼 출력 성능이 높아질 것으로 기대된다.
일본특수도업은 LLZ 산화물계 고체 전해질을 기존 LiB 분리막보다 얇게 만들어 에너지밀도를 높이기 위한 연구개발을 계속하고 있다.
현재 표준 사양으로 공급하고 있는 샘플은 두께가 약 20마이크로미터이며 추가로 박막화하거나 반고체전지용으로 제안하는 방안 등을 검토하고 있다.
분말 LLZ 산화물계 고체 전해질은 LiB 첨가제 용도로 사용을 기대하고 있다.
이온 전도를 돕고 전극 열화를 막을 수 있어 배터리 사이클 특성 향상에 도움이 될 것으로 예상하고 현재 샘플 공급 및 검증 작업을 진행하고 있다. (K)