- 美 UCSD와 수명 난제 해결…마이크로 실리콘 음극재 적용

[디지털데일리 김도현 기자] LG에너지솔루션이 차세대 배터리 상용화에 한발 다가섰다. 소재 변경으로 수명 이슈를 해결할 방침이다.

24일 LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고대학교(이하 UCSD)와 상온(통상 25도)에서 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다고 밝혔다. 기존 60도 이상에서만 충전이 가능했던 기술적 한계를 넘어선 셈이다.

전고체 배터리는 전해질을 액체에서 고체로 대체한 제품이다. 널리 사용 중인 리튬이온배터리 대비 높은 에너지 밀도와 안정성이 특징이다.

다만 에너지 밀도 향상을 위해 리튬 금속을 음극으로 적용한 기존 전고체 배터리의 경우 온도에 민감해 60도 이상 고온 환경에서만 충전할 수 있고 충전 속도가 느리다는 점이 한계로 꼽혀왔다.

연구팀은 관련 문제를 해결하기 위해 전고체 배터리 음극에서 도전재와 바인더를 제거했다. 대신 5마이크로미터(um(마이크로미터) 내외 입자 크기를 가진 ‘마이크로 실리콘 음극재’를 적용했다.

실리콘 음극재는 흑연 음극재 대비 10배 높은 용량을 가진다. 배터리 에너지 밀도 증가를 위한 필수 소재지만 충방전 중 큰 부피 변화 때문에 실제 적용이 까다롭다.

기존 연구에서 실리콘 음극재 부피 변화를 억제하기 위해 100나노미터(nm) 이하 입자 크기를 가진 나노 실리콘을 적용한 데 반해 이번 연구에 적용된 마이크로 실리콘은 나노 실리콘보다 저렴하고 사용이 더 용이하다.

500번 이상 충전과 방전 이후에도 80% 이상 잔존 용량을 유지한다. 현재 상용화된 리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도도 약 40% 높이는 것이 가능하다. 상온에서 충방전 수명이 500회 이상인 건 처음이다.

LG에너지솔루션 최고제품책임자(CPO) 김명환 사장은 “UCSD와 전고체 배터리에서의 의미 있는 기술 개발을 이뤄내 기쁘다”며 “앞으로도 적극적인 오픈 이노베이션 전략을 통해 차세대 배터리 분야에서 차별화된 기술력으로 세계 시장을 선도해나갈 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구 논문은 최고 권위의 과학 저널 ‘사이언스(Science)’지(373권 6562호)에 실리는 등 성과를 인정받았다.