KETI, 전고체전지 제조 공정 향상 소재 기술 개발

핵심 황화물계 고체전해질 유해가스 발생 억제 기술

한국전자기술연구원(KETI·원장 김영삼)은 전고체전지 핵심 소재인 황화물계 고체전해질의 황화수소 가스 발생량을 저감하는 소재 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

한국전자기술연구원(KETI) 본원 전경

전고체전지는 기존 리튬이온전지 양극과 음극 사이를 채우는 액체 전해질을 고체로 바꾼 전지다. 폭발 위험이 없어 안전하면서도 기존 전지보다 에너지 밀도가 높아 차세대 전지로 주목받고 있다.

고체전해질을 구성하는 핵심 소재로는 폴리머·황화물·산화물 등이 있지만 그중에서도 연성이 크고 이온 전도도가 높은 황화물계 고체전해질이 고용량 대형 전지 제조에 적합하다.

KETI 차세대전지연구센터가 개발한 소재 기술은 고체전해질에 제올라이트 나노입자를 소량 첨가·합성해 황화수소 발생을 줄이는 것이 핵심이다. 대기 내 수분과 황화수소 가스를 동시에 흡착하는 제올라이트의 특성을 활용했다.

황화물계 고체전해질은 수분 반응성이 높아 유해가스인 황화수소가 발생하는 단점이 있어 전지 성능 저하와 전지 제조 공정에서 취급을 어렵게 하는 걸림돌로 작용해왔다.

제올라이트 첨가 후 양극재 주위에 흡착된 수분 및 황화수소

제올라이트 첨가 후 황화수소 및 전지 수명 유지율 변화

KETI 차세대전지연구센터는 이 기술을 적용하면 대기(상대습도 50%) 노출 시에도 황화수소 발생량이 3분의 1 수준으로 감소해 전해질 소재 열화를 막아 전지 수명을 안정적으로 확보할 수 있고, 전지 자체가 파괴되더라도 황화수소 발생을 줄이기 때문에 전지 안전성 확보에 효과적이라고 전했다.

기술 개발을 주도한 조우석(책임연구원) 박사팀은 “첨가제 개념으로 기존 소재를 활용했기 때문에 새로운 소재를 개발하는 것 보다 단기간에 효율적인 기술을 확보할 수 있었다”며 “차세대전지 핵심 기술들을 발판으로 향후 고체전해질 신규 소재 개발에도 박차를 가하겠다”고 밝혔다.

연구 성과는 우수성을 인정받아 재료화학 분야 국제 학술지인 ‘재료화학 A 저널(Journal of Materials Chemistry A)’ 최신호(7월 22일자)에 게재됐다.

유지상 KETI 차세대전지연구센터장은 “KETI는 전고체전지 소재 및 전극 요소 기술 뿐만 아니라 전지 제조 기술까지 폭넓은 연구를 진행하고 있다”며 “전고체전지 분야 국내 핵심 연구기관으로서 전고체전지 상용화 연구에 주력하겠다”고 밝혔다.