고용량 2차리튬전지 소개 개발

국내 연구진이 양극소재를 내·외부층을 가진 이중구조로 만들어 안전성과 용량을 크게 개선한 리튬2차전지 개발에 성공했다.

교육과학기술부와 한국연구재단은 7일 한양대 에너지공학과 선양국 교수팀이 겉은 리튬인산철(LiFePO4), 속은 인산망간리튬(LiMnPO4)로 된 이중구조 2차전지 양극소재를 개발했다고 발표했다.

연구성과는 지난달 17일 화학분야 권위지 '앙게반테 케미 국제판(Angewandte Chemie International Edition)'에 실렸다.

연구팀은 저렴하고 안정성이 좋은 올리빈 구조 화합물(리튬니켈철인산화합물)을 사용해 2차전지 양극소재를 2중으로 특수하게 설계했다. 연구팀은 실험 결과 이 제품의 에너지밀도가 상용화된 소재 대비 1.2배 높고 안전성도 500배 이상 높았다고 밝혔다. 철이나 망간은 양극 소재로 가격이 저렴하면서 열적 안전성이 뛰어나다. 특히 철은 폭발 위험 없이 안전하고, 망간을 소재로 하면 철보다 오래 쓸 수 있다는 장점이 있다.

연구진은 양극을 공 모양으로 만들고 내부 코어에는 에너지 밀도가 높은 리튬인산망간을 넣고, 외부에는 안전성이 높은 리튬인산철로 층을 형성해 두 장점을 동시에 갖게 했다.

또, 에너지 밀도가 높은 마이크론 크기를 선택하면서도 소재가 빨리 충전돼 높은 성능을 낼 수 있도록 양극 내부에 나노미터(㎚)급 크기의 작은 공극(pore)을 만들고 그 사이로 전해질이 들어가도록 했다.

그 결과 이 양극을 사용한 2차전지의 에너지 밀도가 현재 상용화된 소재보다 1.2배 높고, 폭발 안전성은 500배 높은 것으로 확인됐다.