LG에너지솔루션, 상온서 고속 충전 가능한 전고체 배터리 개발

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미국 UCSD와 공동 연구…상온서 500회 넘게 충·방전 가능한 장수명 전고체 배터리 개발
60도 이상서 충전해야 했던 기술 한계 극복…마이크로 실리콘 음극재 적용해 성능 개선

오창영 기자 기자페이지 + 입력 2021-09-24 12:06:36

LG에너지솔루션이 차세대 배터리로 각광받는 전고체 배터리 분야에서 기존 한계를 뛰어 넘는 혁신 기술을 개발하는 데 성공했다.

LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고대학교(UCSD)와 공동 연구를 통해 상온에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다고 24일 발표했다.

기존 60도 이상에서만 충전이 가능했던 기술적 한계를 넘어 상온에서 500회가 넘는 충·방전이 가능한 전고체 배터리 기술이 개발된 것은 이번이 처음이다.

해당 기술을 담은 논문은 세계 과학계 연구 성과 지표의 기준이 되는 과학저널 ‘사이언스’지(373권 6562호)에 이날 실렸다.

전고체 배터리는 배터리 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체한 제품으로 현재 사용 중인 리튬-이온 배터리보다 에너지 밀도가 높고 안전성이 강화된 것이 특징이다.

그러나 에너지 밀도 향상을 위해 리튬 금속을 음극으로 적용한 기존 전고체 배터리의 경우 온도에 민감해 60도 혹은 그 이상의 고온 환경에서만 충전할 수 있다는 한계가 존재했다. 또 충전 속도가 느린 점도 문제로 지적돼 왔다.

이에 LG에너지솔루션과 UCSD 연구팀은 전고체 배터리의 음극에서 도전재와 바인더를 제거하고 5um(마이크로미터) 내외의 입자 크기를 가진 ‘마이크로 실리콘 음극재’를 적용했다.

실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재에 비해 10배 높은 용량을 가져 배터리의 에너지 밀도 향상을 위한 필수 소재로 손꼽힌다. 그러나 충·방전 중 큰 부피 변화 때문에 실제 적용이 까다로운 소재로 알려져 있다. 그만큼 높은 기술력을 요구하는 소재인 것이다.

이번에 개발한 전고체 배터리는 500번 이상의 충전과 방전 이후에도 80% 이상의 잔존 용량을 유지하고 현재 상용화된 리튬-이온 배터리에 비해 에너지 밀도도 40% 이상 높일 수 있는 것으로 전해졌다. 업계는 전고체 배터리 상용화를 위한 기술적 진일보를 이뤄냈다는 평가를 내놓고 있다.

LG에너지솔루션은 이번 연구가 오픈 이노베이션 차원에서 매년 개최된 ‘배터리 이노베이션 콘테스트’의 실제 성과라는 점을 강조했다.

김명환 LG에너지솔루션 CPO 사장은 “이번 연구 결과를 통해 차세대 배터리로 각광받고 있는 전고체 배터리 상용화에 한 걸음 더 다가가게 됐다”며 “적극적인 오픈 이노베이션 전략을 통해 차세대 배터리 분야에서도 차별화된 기술력으로 세계 시장을 선도해 나가겠다”고 말했다.

오창영 기자 cyoh@skyedaily.com 기자페이지 +