- 황화물계 전고체전지 소재 제조기술

[디지털데일리 김도현 기자] 국내 연구진이 차세대 배터리 핵심소재 개발에 성공했다. 배터리 재료 업체로 관련 기술을 이전해 상용화할 방침이다.

25일 한국전기연구원(KERI)은 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 개발한 ‘황화물계 전고체전지용 고체전해질 공침 제조기술’이 대주전자재료에 이전됐다고 밝혔다.

황화물계 고체전해질은 이온 전도도가 높고 연성(늘어나는 성질)이 커서 극판과 분리막 제조가 쉽다는 장점이 있다. 다만 주원료인 황화리튬(Li2S) 가격이 비싸고 다른 원료와 혼합 공정에 높은 에너지가 드는 ‘볼밀법’을 사용하는 단점이 있다. 이 때문에 소량 생산에 그치며 100그램(g)당 가격이 수백만원에 달했다.

KERI는 고가의 황화리튬을 사용하지 않고 ‘공침법’이라는 간단한 용액 합성 과정만으로 황화물계 고체전해질을 저가로 대량생산하는 기술을 개발했다. 세계 최초 성과다.

공침법은 여러 가지 서로 다른 이온들을 수용액 또는 비수용액에서 동시에 침전시키는 방법이다. 리튬이온배터리 양극재를 대량 생산하는 산업 현장에서 많이 활용된다. 연구팀은 리튬과 황, 인, 할로겐 원소 등을 공침시키는 공정 방식을 발견했고 이를 통해 황화리튬을 사용하던 방식과 동일한 수준의 고체전해질을 제조하는 데 성공했다.

순수 원료비 기준으로 보면 KERI 제조 방식이 기존 대비 15분의 1 수준으로 저렴하다. 볼밀법과 같은 고비용·고에너지 공정을 거치지 않아도 된다는 점을 고려하면 비용 절감 효과는 더 크다.

이번 기술을 이전받은 대주전자재료는 2022년까지 제2공장 부지에 파일럿 생산 시설을 구축하는 등 고체전해질 양산라인에 대한 투자를 확대할 계획이다.

지난 9월 수주한 ‘소·부·장 강소기업100’ 과제를 통해 전고체전지용 리튬금속 음극을 대체할 수 있는 다양한 실리콘 소재를 개발해 2025년 이후 개화될 전고체전지 시장을 선도한다는 목표다.

KERI 하윤철 박사는 “전고체전지 상용화 관건인 고체전해질 ‘저가격’과 ‘대량생산’ 이슈를 동시에 해결할 수 있는 성과”라면서 “이번 기업체 기술이전을 통해 고체전해질 양산화가 이뤄질 것”이라고 말했다.