전자기술연구원, 고체전지 제조 공정 향상 위한 소재 기술 개발

전지 핵심소재인 황화물계 고체전해질 유해가스 발생 억제 효과

제올라이트 첨가 후 황화수소 및 전지 수명 유지율 변화. /자료 : 한국전자기술연구원

한국전자기술연구원(KETI)은 전고체전지 핵심 소재인 황화물계 고체전해질의 황화수소 가스 발생량을 저감하는 소재 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

전고체전지는 기존 리튬이온전지의 양극과 음극 사이를 채우고 있는 액체 전해질을 고체로 바꾼 전지다. 폭발 위험이 없어 안전하고 기존 전지에 비해 에너지 밀도가 높아 차세대 전지로 주목받는다.

고체전해질은 전지 내 리튬이온이 전도 가능한 고체 상태의 물질로 현 리튬이온전지에 적용되는 전해액 수준의 높은 이온 전도도를 지닌다. 고체전해질을 구성하는 핵심 소재로는 폴리머·황화물·산화물 등이 있다. 그중에서도 연성이 크고 이온 전도도가 높은 황화물계 고체전해질이 고용량 대형 전지 제조에 적합한 것으로 평가받는다.

KETI 차세대전지연구센터에서 개발한 소재 기술은 고체전해질에 제올라이트(실리콘과 알루미늄으로 이뤄진 다공성 광물) 나노입자를 소량 첨가·합성함으로써 황화수소 발생을 감소시키는 것이 핵심으로 대기 내 수분과 황화수소 가스를 동시에 흡착하는 제올라이트의 특성을 활용했다.



황화물계 고체전해질은 수분에 대한 반응성이 높아 유해가스인 황화수소가 발생한다는 단점이 있고, 결국 전지 성능 저하 및 전지 제조 공정에서 취급을 어렵게 하는 걸림돌로 작용해왔다.

이번에 개발한 기술을 적용하면 대기(상대습도 50%) 노출 시에도 황화수소 발생량이 3분의 1 수준으로 감소돼 전해질 소재의 열화를 방지해 전지 수명을 안정적으로 확보할 수 있고, 전지 자체가 파괴되더라도 황화수소의 발생을 줄이기 때문에 전지 안전성 확보에 효과적이다.

이번 연구 성과는 재료화학 분야 국제 학술지인 영국의 ‘재료화학 A 저널’(Journal of Materials Chemistry A) 7월 22일자에 게재됐다.

유지장 KETI 차세대전지연구센터장은 “KETI는 전고체전지 소재 및 전극 요소 기술 뿐 아니라 전지 제조 기술까지 폭넓은 연구를 진행하고 있다”며 “전고체전지 분야 국내 핵심 연구기관으로서 전고체전지 상용화 연구에 주력하겠다”고 말했다.