화학뉴스

LG에너지솔루션(대표 김동명)이 리튬메탈전지 성능을 획기적으로 높이는 기술 개발에 성공했다.
LG에너지솔루션은 한국과학기술원(KAIST)과 공동으로 차세대 배터리로 주목받는 리튬메탈전지의 주행거리를 기존 LiB(리튬이온전지) 대비 약 50% 늘리고 충·방전 효율과 수명을 개선하는 원천기술을 개발했다.
리튬메탈전지는 흑연계 음극재를 리튬 금속으로 대체해 기존 LiB보다 음극재 무게와 부피를 크게 줄여 에너지밀도와 주행거리를 대폭 향상시킬 수 있어 대표적인 차세대 배터리로 주목받고 있다.
다만, 음극 표면에 발생하는 덴드라이트(수지상결정)와 전해액 때문에 발생하는 지속적 부식이 배터리 수명과 안전성을 위협하는 요인으로 지적되고 있다.
덴드라이트는 배터리 사용 과정에서 리튬이 음극 표면에 적체돼 나뭇가지 형태를 띤 결정체를 형성하는 현상으로 리튬 이온의 이동을 방해해 배터리 효율과 수명을 떨어뜨리고 화재 위험을 높일 수 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 붕산염-피란 기반 전해액을 세계 최초로 적용했다.
충·방전 때 리튬 금속으로 만든 음극 표면에 형성되는 수나노미터 두께의 고체 전해질층을 재구성해 전해액과 음극 간 부식 반응을 차단하는 역할을 하도록 했으며 배터리 충·방전 효율을 높임과 동시에 1회 충전당 900킬로미터에 달하는 주행거리를 확보할 만큼 에너지밀도를 높인 것을 확인했다.
400회 이상 재충전이 가능한 수준의 수명 안전성을 구현했고 전고체전지와 달리 구동할 때 높은 온도와 압력을 필요로 하지 않아 배터리 시스템 설계를 간소화할 수 있어 주행거리 향상에 도움이 될 것으로 기대된다.
LG에너지솔루션과 KAIST는 차세대 리튬메탈전지 관련 원천기술 개발을 위해 2021년 공동 연구개발(R&D)센터 FRL(Frontier Research Laboratory)을 설립하고 2년여간 연구를 거쳐 개발에 성공했다. LG에너지솔루션은 KAIST 외에도 국내외 여러 대학·연구기관과 FRL을 운영하고 있다.
LG에너지솔루션 미래기술센터장 정근창 부사장은 “액체 형태 전해액을 사용하는 리튬메탈전지의 대표적 난제를 해결해 상용화에 한걸음 더 다가설 수 있게 됐다”며 “앞으로도 FRL과의 적극적인 협력을 통해 차별화된 기술력을 바탕으로 차세대 배터리의 상용화에 앞장서겠다”고 강조했다. (강)