ETRI, 전고체 이차전지 ‘초박막 고체 전해질막’ 개발

한국전자통신연구원(이하 ETRI)이 전고체 이차전지용 핵심기술 중 하나인 초박막 고체 전해질막 개발에 성공했다.

ETRI는 기계적으로 힘을 가했을 때 쉽게 섬유화가 되는 바인더 소재로 용매 없이 고체전해질 분말과 혼합공정으로 분리막을 개발했다고 17일 밝혔다.

통상 전고체 이차전지 연구에서는 고체전해질을 사용해 분리막을 제조할 때 막의 내구성을 높이기 위해 두께를 두껍게(수백 ㎛~1㎜) 사용하는 것이 일반적이다. 하지만 막의 두께를 두껍게 할수록 에너지 밀도의 손실이 커지는 단점이 있다.

반면 ETRI는 기계적 전단(힘)을 가할 때 섬유화 거동을 보이는 바인더 소재를 적용, 건식공정으로 기존에 상용화된 리튬이온전지 분리막 두께에 근접한 18㎛의 초박막형 고체 전해질막을 제조하는 데 성공했다.

또 셀 부피를 대폭 감소시켜 고에너지밀도 및 고성능 전고체 이차전지를 만들었다. 1㎜ 두께의 후막형 고체 전해질막 대비 최대 10배 이상 에너지 밀도를 높인 셈이다.

ETRI는 이번 연구를 통해 이미 상용화된 고분자 분리막의 두께에 근접한 고체 전해질막을 만들어 충·방전 간 이온 전달 속도를 향상시키는 동시에 셀 부피와 무게를 대폭 감소, 고에너지 밀도의 전고체 이차전지를 개발할 수 있을 것으로 내다본다.

또 바인더 소재의 분자량과 견고하게 얽힘 정도 간 상관관계를 밝혀 최적화된 초박막형 고체 전해질막 개발을 위한 공정 표준도 제시했다.

전고체 이차전지는 차세대 이차전지로 주목 받는다. 전지 내 이온 전달을 위한 매개체를 액체상에서 고체상 소재로 바꿔 발화, 폭발 및 누액 등 위험성을 원천적으로 차단해 안전성을 현저히 높일 수 있다는 것이 주목받는 이유다.

고체 전해질막은 전고체 이차전지에서 양극과 음극의 직접적인 접촉을 막으면서 이온을 전달하는 역할을 하는 핵심 소재로 꼽힌다.

한편 이번 연구는 ETRI 미래 원천 창의전문연구실 사업, 산업통상자원부‘리튬 기반 차세대 이차전지 성능고도화 및 제조기술 개발’ 사업 및 국가과학기술연구회 글로벌 TOP 전략연구단 사업 지원을 받아 수행됐다. 연구에는 ETRI 신동옥 박사와 박영삼 박사가 교신저자로, UST 윤석윤 석·박사 통합과정생이 1저자로 참여했다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr