전기연구원, 고체전해질 대량생산 신기술 세계 최초 개발

전고체전지용 황화물계 고체전해질 대량합성 공정 개발

고가의 황화리튬을 사용하지 않고 습식 공정의 일종인 공침법을 이용해 전고체전지용 황화물 고체전해질을 저가로 대량합성하는 신기술을 세계최초로 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국전기연구원(KERI)은 고가 황화리튬 사용 없이 단 한 번의 용액합성 과정만으로 황화물계 고체 전해질을 대량생산할 수 있는 공정 기술을 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 개발에 성공했다고 22일 밝혔다.

전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 액체가 아닌 고체로 대체한 차세대 배터리다. 불연성의 고체를 사용하기 때문에 화재의 위험이 없고, 온도 변화나 외부 충격을 막기 위한 안전장치 및 분리막이 따로 필요하지 않아 전지의 고용량화, 소형화, 형태 다변화 등 사용 목적에 따라 다양하게 활용이 가능한 차세대 유망 기술로 손꼽힌다.

▲'공침법' 이용해 고체전해질 대량생산 기술을 세계 최초로 개발한 하윤철 박사.ⓒ한국전기연구원

황화물계 고체 전해질은 이온 전도도가 높고 연성이 커서 극판과 분리막 제조가 쉽다는 특징이다. 하지만 주원료인 황화리튬 가격이 비싸고, 다른 원료와의 혼합 공정에 높은 에너지가 드는 볼밀법을 사용하는 단점이 있다. 이러한 이유로 결과물도 소량 생산에 그치고 있으며 100그램 당 가격이 수백만원에 이른다.

이에 하윤철 박사팀은 황화물계 고체전해질을 저가로 대량생산할 수 있는 '공침법' 기술을 개발했다.

공침법은 여러 가지 서로 다른 이온들을 수용액 혹은 비수용액에서 동시에 침전시키는 방법으로 리튬이차전지용 양극 소재를 대량생산하는 산업 현장에서 가장 많이 활용되는 방법이다.

KERI 연구팀은 고가의 원료 사용 없이 ‘공침법’이라는 간단한 과정으로 기존의 황화리튬을 사용하던 방식과 동일한 수준의 고체전해질을 제조할 수 있는 공전기술을 개발했다.

KERI의 제조 방식이 기존 방식 보다 약 15배 이상 저렴하며 볼밀법과 같은 고에너지 공정을 거치지 않는다는 점을 rhfu하면 비용 절감 효과는 더욱 크다.

KERI는 셀.극판, 전해질막 제조기업, 소재 기업뿐만 아니라 전기차, 전력저장장치 등 생산하는 산업계에 기술이전을 추진한다는 계획이다.

KERI 연구팀은 이번 원천기술과 관련한 국내외 특허 출원과 더불어 세계 최초로 저온소결형 고체전해질 생성 메커니즘을 미국 화학회(ACS)가 발행하는 국제 학술지 ‘어플라이드 에너지 머티리얼즈(ACS Applied Energy Materials)’에 게재한 바 있다.