한국화학연구원(KRICT)이 차세대 LiB(리튬이온전지) 소재를 개발했다.
LiB 음극재는 흑연을 주로 사용하나 낮은 에너지밀도와 이론용량의 한계로 리튬금속이 가장 이상적인 차세대 음극재로 꼽힌다.
다만, 흑연 음극재는 리튬이온이 흑연의 층상구조 안으로 들어가 안정적으로 저장되지만 리튬금속 음극재는 리튬이온이 리튬금속 표면에 쌓이면서 리튬이 고르게 자라지 못하는 덴드라이트(Dendrite) 현상이 발생한다.
리튬 덴드라이트는 전해액 분해를 가속해 배터리의 성능을 열화시키거나 분리막을 뚫고 자라 양극과 접촉해 폭발할 우려가 있다.
리튬금속을 음극재로 사용하는 리튬황전지, 리튬공기전지 등 고성능 차세대 2차전지 개발을 위해서는 리튬 덴드라이트 성장을 억제하는 기술이 필수적이다.
연구팀은 이온전도도가 높고 덴드라이트를 잘 억제하는 소재를 도입해 리튬을 고르게 성장시키면서 리튬이온도 잘 전달하는 새로운 2차전지 음극 복합소재를 개발하는데 성공했다.
테스트 결과 일반 리튬금속 대비 리튬 덴드라이트 성장이 확연히 감소하고 배터리 수명이 3배 이상 증가한 것으로 나타났다.
일반 리튬금속을 적용하면 70회 충·방전 이후 용량 감소율이 높아지나 신소재를 적용하면 250회 충·방전 후에도 급격한 용량 감소 없이 안정적인 구동이 가능한 것으로 알려졌다.
연구팀은 과학기술정보통신부 주관 1000억원대 글로벌 톱(TOP) 전략연구단 사업에 선정된 시장선도형 차세대 2차전지 혁신 전략연구단 사업과 연계해 리튬 복합소재의 고성능·대면적화를 위한 공정을 개발할 방침이다. (윤)