ETRI, 세계 최초 불소화황산화물계 난연(難燃) 첨가제 개발 성공

전기자동차 화재위엄 극복에 큰 도움이 될 것으로 기대

한국전자통신연구원(ETRI, 이하 ETRI)이 기존 난연제로 널리 알려진 인산계 난연제인 트리페닐포스페이트(TPP)보다 난연 특성과 안정성, 셀 성능이 크게 개선된 불소화황산화계 난연 첨가제를 개발했다고 20일 밝혔다.

▲ ETRI연구진이 불소화황산화계 난연첨가제가 적용된 리튬이차전지의 성능을 시험하고 있다. ⓒETRI

이번 개발로 고안전성 리튬 이차전지 구현과 전기자동차 화재위엄 극복에 큰 도움일 될 것으로 보인다. 

리튬 이차전지는 양극재와 음극재, 전해질과 분리막 4가지로 구성된다. 이중 전해질은 이차전지 내부의 리튬이온이 원활하게 이동하도록 돕는 매개체이다. 

전해질 첨가제는 그중 전해질에 소량 첨가하는 물질로 전기화학적 안정성과 이차전지의 성능을 높이는 핵심적인 물질이다.

기존 상용 인산계 난연 첨가제는 화염 지연 특성은 있으나, 많은 양을 투입해야 하고 전극과 전해질 간 계면 저항이 증가하는 등 사용에 제한이 많았다.

ETRI 연구진은 10종이 넘는 상용 인산계 난연제를 전기화학 실험을 통해 분석하고, 처음으로 불소화황산화물계 난연 첨가제를 합성, 기존 인산계 난연제의 단점을 개선했다.

ETRI는 개선점을 검증한 결과 기존 난연 첨가제를 적용한 전해액과 비교해 난연 특성은 2.3배, 이차전지의 성능은 160% 향상된 우수한 결과를 확인했다.

또한 ETRI는 첨가제 적용에 따라 전극에서 리튬 이차전지의 수명을 해치는 이유에 대해서도 함께 제시하는 등 불소화황산화물계 첨가제의 특성을 다양한 실험과 메커니즘 연구로 규명했다.

이번 개발은 재료·화학 분야의 세계적인 학술지로 영국 왕립화학회가 발행하는‘재료화학저널A’최신호에 게재되어 우수성을 입증받았다.

ETRI 오지민 지능형센서연구실 선임연구원은“기존 인산계 첨가제의 한계를 극복하고 새로운 난연 첨가제 연구를 통해 안전한 리튬 이차전지를 구현하고 싶었다. 향후 불소화황산화물계 난연 첨가제 상용화 및 이를 통한 소재·부품·장비 기술자립화에 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.

ETRI 관계자는 "향후 이번 연구를 통해 개발된 난연 첨가제 소재를 리튬 전이금속 산화물 양극-리튬금속 음극 적용에서 나아가 흑연 전극 및 실리콘 전극의 음극 소재로 적용하는 연구를 진행할 예정"이라고 말했다.