한국연구재단은 송승완 충남대·정현민 금오공과대 교수 연구팀이 고전압·고용량 양극 소재용 새로운 바인더 소재를 개발했다고 16일 밝혔다. 바인더는 리튬 이차전지에 쓰이는 중요 고분자 소재다. 전극을 물리적으로 안정화하는 역할을 한다.
최근 전기자동차 상용화가 활발해지면서 긴 주행거리를 내는 고에너지밀도 이차전지 필요성도 대두하고 있다. 현재는 리튬코발트산화물(LiCoO2)이나 니켈코발트망간(NCM)을 상용 양극 소재로 주로 쓴다. 이를 대체할 차세대 양극 소재로 주목받는 건 과리튬(Li-rich) 산화물이다. 과리튬 산화물은 리튬코발트산화물보다 2배가량 많은 에너지 용량을 낼 수 있다. 다만 충전전압을 4.4V 이상 높여야 고용량을 획득할 수 있어서 발열에 따른 바인더 접착력 약화를 가져올 수 있다. 이는 전지 성능의 빠른 퇴화로 이어진다.
연구팀은 전해질 첨가제 없이도 안정적인 접착력을 유지하는 불소화 폴리이미드 바인더 소재를 처음 구현했다. 이를 통해 리튬코발트산화물보다 두 배 높은 용량과 안정적인 충·방전 성능을 얻었다. 불소화 폴리이미드 바인더 소재는 높은 충전 전압(4.7V)과 고온(55도)의 가혹한 조건에서도 강한 접착력을 유지했다. 충전전압을 높이면 전해질이 산화 분해하고 양극과 전해질 사이 계면이 불안정해지는 종전의 바인더와 다르다고 연구팀은 설명했다. 양극에 표면 보호층을 형성해 계면 안정화를 위한 별도의 전해질 첨가제가 필요 없다.
연구팀 관계자는 "높은 전압과 고온 환경에서도 성능을 유지하는 바인더를 개발해 양극 소재 용량과 리튬 이차전지 에너지밀도를 향상한 첫 사례"라며 "수명이 긴 이차전지와 주행거리가 길어진 전기자동차 생산에 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
연구는 교육부·한국연구재단 이공학 개인기초연구지원사업과 충남대 자체연구비 지원으로 수행했다. 성과를 담은 논문은 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈'(Advanced Functional Materials) 10일 자에 실렸다.
이재림 기자 walden@yna.co.kr
출처-연합뉴스
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