일본 스미토모케미칼(SCC: Sumitomo Chemical)이 염소 할라이드(Halide)계 전해질을 개발하고 있다.
스미토모케미칼은 전고체 LiB(리튬이온전지)용 고체 전해질 가운데 하나로 주목받는 염소 할라이드계 전해질의 약점인 환원내성의 메커니즘을 규명했다.
염소 할라이드계 전해질은 리튬(Lithium), 염소, 금속원소(M) 등으로 구성된다. 4V 이상의 산화 내성이 특징이며 최근 전세계 산업계와 학계에서 주목받고 있다.
다만, 염소 할라이드계 전해질은 환원내성에 약점이 있는 것으로 평가된다.
음극계면에서 분해가 진행되는데 전자 전도성이 있는 금속까지 환원되면서 분해가 멈추지 않아 배터리 거동이 불안정해지는 문제가 발생한다.
스미토모케미칼과 교토(Kyoto)대학 공동연구팀은 이론화학과 데이터사이언스를 활용해 금속원소 M의 이온화 경향이 염소 할라이드계 전해질의 환원내성에 크게 영향을 미침을 밝혀냈다.
연구팀은 다양한 할라이드계 고체 전해질을 이용한 실험에서 염화리튬과 금속원소 M 등을 혼합한 다음 유성형 볼밀로 합성하고 시료에 맞추어 아르곤(Argon) 가스 분위기에서 어닐링(Annealing)했으며 합성한 시료에 대해 선형주사전위법(LSV) 측정, 교류 인피던스 측정, 배터리 평가를 실시했다.
배터리 평가에는 NCM(니켈·코발트·망간) 3원계 양극 활물질과 리튬-인듐(Li-In) 합금 음극 활물질을 사용한 압분 셀을 이용한 것으로 알려졌다.
연구팀은 논문과 데이터베이스에서 확보한 대리지표를 바탕으로 대부분의 원소를 스크리닝해 후보 원소를 추출했으며 실제로 합성해 내환원성 평가를 실시한 결과 개량 후에 시료의 환원내성이 개선됨을 확인했다.
스미토모케미칼은 황화물계, 산화물계, 폴리머계에 이은 새로운 고체 전해질 개발을 위해 계속해서 염소 할라이드계 전해질 관련 기술을 개량할 방침이다. (윤)