국내 연구진, 성능과 수명 한 번에 잡은 기술 개발
첨가제 적용 시 수명 11∼12년 보장
전 세계 배터리 산업에서 에너지 저장 장치(ESS)와 전기차 등 다양한 곳에서 리튬인산철(LFP) 배터리 사용이 확산되고 있다. 이러한 가운데 전기차의 주행 성능 및 배터리 수명을 향상시키는 새로운 기술이 국내 연구진의 손을 통해 개발됐다.
리튬이온 이차전지 수명 늘리는 기술 개발
KAIST는 지난 16일 생명화학공학과 최남순 연구팀이 저비용 리튬인산철 양극과 흑연 음극을 사용하는 리튬이온 이차전지의 수명을 상온 및 고온에서 늘릴 수 있는 전해질 첨가제 기술을 개발했다고 발표했다.
전기차의 주요 전력원인 리튬이온 배터리에서 삼원계 니켈·코발트·망간(NCM)과 리튬인산철(LFP) 등이 양극활물질로 사용된다.
리튬인산철 양극은 비용 효율성과 높은 안전성으로 보급형 전기차 시장에서 각광받고 있다. 다만 리튬 이온의 확산 속도와 전자전도가 낮아 에너지 밀도가 저하되고 특히 저온 성능이 큰 폭으로 떨어진다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 기술 개발이 진행됐고 그 결과 국내 연구진이 리튬인산철 양극의 단점을 극복할 기술을 개발하는 데 성공했다.
개발한 첨가제 사용 시 배터링 수명 10~20% 상승
연구팀은 전해질 첨가를 통해 셀투팩 방식을 적용해 NCM 배터리와 같은 수준의 에너지 밀도를 달성할 수 있음을 설명했다. 셀투팩은 모듈 단계를 생략하고 배터리 팩에 직접 셀을 조립함으로써 에너지 밀도를 높이는 기술이다.
KAIST 생명화학공학과 문현규 연구원은 “개발된 전해질 첨가제는 내열성과 전도성이 우수한 전극 계면 층을 형성한다. 이로 인해 리튬인산철 양극과 흑연 음극으로 만들어진 전지의 구동 온도 45도에서 500회, 25도에서 1,000회 충·방전 후에도 각각 초기 용량의 80.8%, 73.3%를 유지했다”고 밝혔다. 이는 첨가제를 사용하지 않은 경우보다 각각 20.4%, 8.6% 향상된 결과다.
문 연구원은 또한 “현재 전기차용 전지의 수명이 약 10년임을 감안할 때 이번에 개발한 첨가제를 사용하면 수명이 10∼20% 늘어나 11∼12년까지 보장될 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
이 연구는 현대자동차의 지원을 받아 진행됐으며 결과는 국제 학술지 ‘Advanced Functional Materials’의 지난 9일 자 온라인판에 게재됐다.
