화학뉴스

SK온(대표 지동섭·최재원)이 산화물계의 새로운 고체전해질 공동 개발에 성공했다. 
SK온은 단국대 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 산화물계 고체전해질 소재를 공동 개발했으며 LLZO(리튬·란타넘·지르코늄·산소) 첨가물질을 조정해 리튬 이온전도도를 기존보다 70% 개선해 세계 최고수준으로 높였고 LLZO 미세구조를 균일하게 제어하는 기술로 대기 안정성도 확보했다.
산화물계 고체전해질은 황화물계에 비해 이온전도도가 낮지만 화학적 안정성이 우수해 양극 물질과의 반응성이 적고 화재 원인이 되는 리튬 덴드라이트(수지상 결정) 현상을 억제할 수 있어 흑연 음극을 고용량인 리튬 메탈로 대체할 수 있는 것으로 알려졌다.
또한, 산화물계 고체전해질은 액체전해질을 사용한 LiB(리튬이온전지)의 최대 사용 전압이 최대 4.3V인데 비해 배터리 용량이 크고 최대 5.5V까지 늘어날 수 있어 이론적으로 배터리 용량을 최대 25%까지 늘릴 수 있다.
LLZO는 기존 고체전해질 대비 수분과 이산화탄소(CO2)가 포함된 대기에도 매우 우수한 안정성을 보였으며 NCM(니켈·코발트·망간) 양극재를 기반으로 하는 전고체전지 외에도 차세대 배터리인 리튬·황전지와 리튬·공기전지를 전고체화하는 소재로도 활용할 수 있고 고분자·산화물 복합 전고체전지에도 적용이 가능하다.
차세대 배터리에 적용할 시 화재 안전성과 장거리 주행 가능성을 모두 충족할 것으로 기대된다.
최경환 SK온 차세대배터리연구센터장은 “이온전도도와 대기안정성을 모두 갖춘 LLZO는 고품질 전고체전지를 만들기 위한 혁신 기술로 파급 효과가 매우 클 것”이라며 “미래 기술 경쟁력을 바탕으로 앞으로 차세대 배터리 분야의 성장 기회를 선점하겠다”고 강조했다.
연구 결과는 세계적으로 저명한 학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials) 표지논문에 게재됐으며 해당 기술에 대해 국내외 특허 출원도 완료됐다.
한편, SK온은 고분자·산화물 복합계와 황화물계 등 2종류의 전고체전지를 개발해 2026년 초기 단계 시제품을 생산하고 2028년 상용화할 계획이다.
대전 배터리연구원에 건설하고 있는 차세대 배터리 파일럿 플랜트는 2024년 완공 예정이다. (김진희 기자)