리튬이차전지용 음극재 표면처리 핵심기술 개발

부경대 고민성 교수, ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’에 논문 게재 

전기자동차 등에 사용되는 리튬이차전지용 고용량 음극소재의 상용화를 위한 새로운 표면처리 핵심기술이 개발돼 주목받고 있다.

부경대는 최근 금속공학과 고민성 교수( 사진)가 울산과학기술원(UNIST) 조재필·이현욱 교수팀과 공동연구를 통해 리튬이차전지용 실리콘 음극소재의 안정성 문제를 획기적으로 해결한 연구결과를 제시했다고 18일 밝혔다.

높은 에너지 밀도를 갖는 리튬이차전지의 수요 증가에 따라 기존 흑연 음극재보다 용량이 10배 이상인 실리콘 음극재로 대체하기 위한 연구가 지금까지 진행돼왔지만, 실리콘은 충전 과정에서 부피가 3배 이상 팽창해 전해액과 심각한 부반응을 유발, 전지 성능을 급격히 감소시키는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 타르나 석유에서 추출되는 ‘피치’라는 탄소재를 이용한 실리콘 표면처리 기술을 개발하는 데 성공했다.

연구팀은 이번 연구에서 피치가 10㎚(나노미터, 1㎚는 10억 분의 1m) 이하의 매우 얇은 두께에도 불구하고 뛰어난 기계적 강도로 깨지지 않고 실리콘의 팽창을 완전히 수용한다는 사실을 실시간 이미징 기술을 통해 증명했다.

이 기술을 적용하면 피치의 우수한 기계적 특성을 바탕으로 실리콘의 부피 팽창으로 인한 부반응을 효과적으로 줄임으로써 실리콘 음극재의 배터리 특성을 크게 향상시키는 것으로 나타났다.

고 교수는 “피치는 매우 간단한 공정으로 고용량 음극재에 코팅할 수 있기 때문에 전기자동차와 중대형 에너지 저장장치 등에 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구는 산업통상자원부, 한국에너지기술평가원, 한국산업기술평가관리원의 지원을 받아 이뤄졌다.

연구 성과는 에너지 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)’ 12월호 온라인판에 게재됐다. [e-mail] 강수련 기자