고가 황화리튬이나 첨가제 사용하지 않는 공정
가격절감·대량생산 가능.

한국전기연구원(KERI)이 전고체 전지(全固體電池)용 고체전해질을 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있는 기술을 개발해 주목을 받고 있다. 전고체 전지는 전지 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 기존 액체에서 고체로 대체한 차세대 전지다. 액체로 만들어진 배터리는 화재 발생 위험이 있지만 전고체 전지는 리튬이온이 이동하는 전해질이 고체이기 때문에 고정돼 있어 내구성이 뛰어나고 폭발이나 화재 가능성이 낮다.한국전기연구원 이차전지연구단 박준호 박사팀은 고가의 황화리튬은 물론, 첨가제를 쓰지 않고 고순도의 고체전해질을 제조할 수 있는 ‘간단 합성법(One-pot)’을 개발했다고 15일 밝혔다.

고체전해질을 만드는 방법은 고에너지 볼 밀링(ball milling) 공정을 통한 ‘건식 합성법’과 용액의 화학 반응을 활용하는 ‘습식 합성법’이 있다.

연구팀은 공정 스케일업과 양산화 관점에서 유리한 습식 합성법으로, 용매 내에서 최적 합성 반응을 통해 고순도의 고체전해질을 제조하는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 기술의 가장 큰 장점은 고가의 황화리튬(Li2S)을 사용하지 않는 것이다. 황화리튬은 고제전해질 제조를 위해 투입되는 시작물질 비용의 95%를 차지할 정도로 비싸다. 또 습식 합성과정에서 황화리튬이 미반응 불순물로 남아 셀 성능 저하의 원인이 되는 경우도 발생한다. 일부 황화리튬을 사용하지 않는 합성법이 제안되기도 했지만, 고가의 첨가제를 추가로 사용해야 하고, 잔존 불순물이 발생해 결과물도 만족스럽지 못했다.

한국전기연구원이 개발한 간단 합성법은 기존 습식 공정에 사용하는 황화리튬은 물론, 어떠한 첨가제나 추가 공정 없이도 고품질 고체전해질을 제조할 수 있다. 비용은 기존 황화리튬 사용때 재료비의 25분의 1 수준이다. 연구팀은 제조 공정 시간도 줄여 고체전해질 대량생산화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대했다.

한국전기연구원은 과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관으로 이번 연구는 기본 사업인 ‘불연성전지 상용화를 위한 제조공정 핵심기술 개발’ 과제를 통해 진행됐다.박준호 박사는 “연구원에서 수년간 축적해 온 고체전해질 제조 노하우를 기반으로, 유기 용매 내에서 시작물질의 최적 화학반응 조합을 통해 고순도의 고체전해질을 쉽고 간단하게 제조할 수 있는 방식을 찾았다”며 “전고체전지 상용화의 가장 큰 난관인 가격 경쟁력과 대량생산 문제를 한꺼번에 모두 해결할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한국전기연구원은 이번 고체전해질 제조 원천기술에 대한 특허 출원과 국내외 성과 논문 게재 등을 완료했으며 관심있는 전고체전지 관련 기업에 기술이전도 추진할 계획이라고 밝혔다.