전고체전지 전해질 생산 비용 25분의 1로 줄였다

한국전기연구원, 비싼 황화리튬과 첨가제 필요 없는 간단 합성법 개발

한국전기연구원(KERI, 원장 김남균)은 값비싼 황화리튬이나 별도 첨가제 없이 전고체전지용 고체 전해질을 대량 생산하는 간단한 공정 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

고체전해질 제조법으로는 고에너지 볼 밀링(ball milling) 공정을 이용한 건식 합성법과 용액의 화학 반응을 활용하는 습식 합성법이 있다. KERI 이차전지연구단 박준호 박사 연구팀은 공정 스케일업과 양산에 유리한 습식 합성법에 집중, 용매 내 최적 합성 반응을 통해 고순도 고체전해질 제조에 성공했다.

KERI 박준호 박사(왼쪽)과 허영준 연구원이 간단 합성법으로 고체전해질을 저가 대량생산하는 기술을 개발했다. (사진=전기연구원)

이 방법을 쓰면 값비싼 황화리튬(Li₂S)을 쓰지 않아도 된다. 황화리튬은 고제전해질 제조를 위해 투입되는 시작물질 비용의 95%를 차지한다. 또 습식 합성 과정에서 황화리튬이 미반응 불순물로 남아 셀 성능 저하를 일으킨다. 황화리튬을 쓰지 않는 합성법이 제안되기도 했지만, 고가의 첨가제를 추가로 사용해야 하고 불순물이 생긴다는 문제가 있다. 

다른 첨가제나 추가 공정 없이 양질의 고체전해질 제조가 가능하다는 설명이다. 기존 황화리튬 기반 소재에 비해 재료비를 25분의 1 수준으로 줄일 수 있고, 제조 공정 시간도 단축돼 고체전해질 대량 생산에도 기여할 것으로 연구진은 기대했다.

박준호 박사는 "축적해 온 고체전해질 제조 노하우를 기반으로, 유기 용매 내에서 시작물질의 최적 화학반응 조합을 통해 고순도 고체전해질을 쉽고 간단하게 제조할 수 있는 방식(one-pot)을 찾았다"라며 "전고체전지 상용화의 가장 큰 난관인 가격 경쟁력과 대량생산 이슈를 모두 해결할 수 있을 것"이라고 기대했다. KERI는 원천기술과 특허 출원, 성과 논문 게재 등을 마치고 기술 이전을 추진한다.