전기연, 저온에서 양질 '고체 전해질' 제조 기술 개발

차세대 배터리 최적 적용…기업체 이전 통해 상용화

저온에서 양질의 고체 전해질을 손상 없이 제조해 극판과 멤브레인에 최적 적용할 수 있는 기술이 한국전기연구원(이하 전기연구원) 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀에 의해 개발됐다.

이들이 개발한 ‘저온 소결형 고체 전해질 분말 제조 및 시트화 기술’은 200℃ 이하 낮은 결정화 온도에도 기존 방식(500℃ 이상 열처리)의 결과물과 대등한 수준의 이온 전도성을 가지는 '중간재습식 밀링 공정’을 기반으로 한 고체 전해질 제조기술이다.

전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 액체가 아닌 고체로 대체한 차세대 배터리다.

▲한국전기연구원 하윤철 박사가 ‘저온 소결형 고체 전해질 분말 제조 및 시트화 기술’을 통한 200℃ 이하 낮은 결정화 온도에서 고체 전해질을 제조하고 있다.ⓒ한국전기연구원

이 전지는 전해질이 고체이기 때문에 전극이나 멤브레인(분리막)을 만드는 단계에서 다른 물질과의 계면 접촉이 대단히 중요하다. 소결과 같은 열처리를 통해 계면 접촉을 개선할 수 있지만, 문제는 바인더 등 전지의 일부 소재가 고온의 열에 약하다는 것이 단점이다.

전기연구원은 이러한 문제를 해결하기 위한 ‘저온 소결형 고체 전해질 분말 제조 및 시트화 기술’을 개발했다.

하윤철 박사는 이 기술과 관련해 "단순 고체 전해질의 이온 전도도 향상이나 대량생산에만 머물렀던 관점을 넘어 전고체전지 상용화에 큰 기여를 할 것"이라고 밝혔다.

이러한 습식 밀링 공정과 저온 소결 방식은 사용자의 활용 목적(전극 제조용, 멤브레인 제조용 등)에 따라 고체 전해질의 크기(입도)를 알맞게 제어·조절할 수 있게 해주며, 고체 물질 간 계면 저항도 낮춰준다. 제조 공정에서 소요되는 에너지 비용 절감 효과도 크다.

전기연구원은 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 개발한 이 기술을 2차전지 장비 전문기업 '㈜하나기술'에 이전했다.

하나기술은 2차전지 모든 공정 턴키 제작이 가능한 전문 장비업체로 최근에는 소재 산업까지 사업 분야를 넓히고 있다.

이를 통해 핵심 소재 기술과 제조 장비 기술 모두를 확보해 전고체전지의 빠른 상용화에 기여한다는 목표다.