LG엔솔, 상온 구동 장수명 전고체 배터리 개발

UCSD와 공동연구…기존 60도 이상 고온 환경에서만 충전 가능하던 한계 극복

LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고 대학교(UCSD)와 공동연구로 상온에서도 빠른 속도로 충전할 수 있는 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

이번 연구 논문은 24일 과학 저널 ‘사이언스’지(373권 6562호)에 실려 성과를 인정받았다.

전고체 배터리는 배터리 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체해 현재 사용 중인 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도를 높이고 안전성도 강화할 수 있는 차세대 배터리다.

에너지 밀도를 높이기 위해 리튬 금속을 음극으로 적용한 기존 전고체 배터리는 온도에 민감해 60도나 그 이상 고온 환경에서만 충전할 수 있는 데다 느린 충전 속도가 한계로 지적돼 왔다.

LG에너지솔루션과 UCSD가 공동 개발한 상온 구동 장수명 전고체 전지의 충전 진행 과정을 설명하고 있다

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 전고체 배터리의 음극에서 도전재와 바인더를 제거하고 5마이크로미터(㎛) 내외 입자 크기를 가진 ‘마이크로 실리콘 음극재’를 적용했다.

실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재보다 10배 높은 용량을 가져 배터리 에너지 밀도 향상을 위한 필수 소재로 손꼽히지만, 충방전 중 큰 부피 변화 때문에 실제 적용이 까다로운 소재로 알려져 있다.

또 기존 연구에서 실리콘 음극재 부피 변화를 억제하기 위해 100nm(나노미터, 0.1㎛) 이하 입자 크기를 가진 나노 실리콘을 적용한 데 반해, 본 연구에 적용된 마이크로 실리콘은 나노 실리콘보다 저렴하고 사용하기 쉽다.

특히, 500번 이상의 충전과 방전 이후에도 80% 이상의 잔존 용량을 유지하고, 현재 상용화된 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도도 40% 가량 높일 수 있어 전고체 배터리 상용화를 위한 기술적인 진일보를 이뤄냈다는 평가다.

김명환 LG에너지솔루션 사장(CPO)은 “이번 연구 결과를 통해 차세대 배터리로 각광받고 있는 전고체 배터리 상용화에 한 걸음 더 다가가게 됐다”며 “앞으로도 적극적인 오픈이노베이션 전략으로 차세대 배터리 분야에서도 차별화된 기술력으로 세계 시장을 선도해나갈 것”이라고 말했다.