화학뉴스

LG에너지솔루션(대표 김동명)이 LiB(리튬이온전지) 열폭주를 막을 전해질 기술을 개발했다.
LG에너지솔루션은 포항공과대학교(포스텍‧POSTECH), 성균관대와 공동 연구를 통해 LiB의 저온 성능과 열안전성을 동시에 개선할 수 있는 전해질 핵심 기술을 개발하는데 성공했다.
공동 연구팀은 섭씨 영하 20도 환경에서도 100회 사이클 후 기존 전해질 대비 월등한 약 87%의 용량을 유지하고 열폭주를 약 90% 이상 억제할 수 있는 전해질 연구개발(R&D)에 성공했다.
특히, 핵심 기술인 알릴 트리메틸 포스포늄(APT) 계열 이온성 화합물을 활용한 전해질 기술이 주목된다. 이온성 화합물은 플러스와 마이너스 전하를 띠는 이온들이 자석처럼 강하게 결합해 만들어진 물질로, 전해질 내에서 이온을 이동시켜 전류를 흐르게 하는 역할을 한다. APT 계열 이온성 화합물은 단순 첨가제 기능을 넘어 전해질의 동결점을 낮추고 계면 반응을 조절하는 다기능성 소재로 주목받고 있다.
공동 연구팀은 APT 계열 이온성 화학물을 전해질 내에 도입함으로써 LiB 성능을 저하시키는 주요 원인인 저온 이온 이동 저하와 계면 불안정성을 동시에 개선하는데 성공했다. 실제 신기술을 적용한 배터리 셀은 영하 20도 악조건에서 100회 충‧방전 후 약 87%의 높은 용량 유지율을 달성하며 저온 환경에서의 월등한 성능을 입증했다. 보통 배터리 셀은 동일 조건에서 약 10% 안팎의 용량을 유지하는 것이 일반적이다.
또 APT 계열 이온성 화합물을 고용량 실리콘(Silicone) 음극 전지에 적용해 열폭주를 약 90% 이상 억제하는 등 배터리 열안전성을 획기적으로 향상했다. 극저온 환경에서 작동해야 하는 특수 목적 배터리나 고용량 실리콘 음극을 적용한 차세대 배터리 등 폭넓은 분야에 활용될 것으로 기대된다.
LG에너지솔루션 관계자는 "하나의 이온성 화합물 플랫폼으로 성능과 안전성이라는 상충된 요구를 동시에 충족시킨 혁신적 사례"라며 "APT 기반 전해질 기술은 전기자동차(EV) 뿐만 아니라 항공‧우주, 극저온 환경용 배터리 등 다양한 분야에서 새로운 가치를 선사할 수 있을 것"이라고 강조했다.
연구 결과는 에너지 분야 최고 권위 학술지인 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)와 저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 에이(Journal of Materials Chemistry A)에 게재됐다.