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LG엔솔, 전고체 배터리 수명 난제 풀어... 500회 이상 충방전고온 환경서만 충전 한계 극복... 마이크로 실리콘 음극재 적용
송성훈 기자  |  industry@epdaily.co.kr
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승인 2021.09.30  15:55:07
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[경제플러스=송성훈 기자] LG에너지솔루션이 상온에서도 고속 충전이 가능하고 500회 이상 충전·방전을 보장하는 전고체 배터리 기술 개발을 세계 최초로 성공했다.

차세대 꿈의 배터리로 불리는 전고체 배터리 시장에서 독보적인 기술력을 확보한 성과로, LG에너지솔루션은 특허 출원도 추진할 계획이다.

전고체 배터리 상용화도 크게 앞당길 수 있다는 평가다.

LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고대학교(UCSD)와 공동 연구로 기존 60도 이상에서만 충전이 가능했던 기술적 한계를 넘어 상온(25도)에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

이를 담은 연구논문은 ‘황화물계 고체 전해질을 적용한 무탄소 고로딩 실리콘 전고체전지’라는 제목으로 24일자 ‘사이언스’지(373권 6562호)에 실렸다.

사이언스지는 세계 최고 권위의 과학 저널이다. UCSD도 이날 홈페이지에 “개발 연구원마저 놀라게 했다”는 제목으로 연구 성과를 상세히 알렸다.

전고체 배터리는 배터리 기술의 차세대 영역으로 꼽힌다. 배터리 양극과 음극 사이 전해질을 액체에서 고체로 대체하는 배터리로, 현재 통용되는 리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도나 안전성이 크게 향상된다.

다만, 전고체 배터리가 온도에 민감, 60도 이상 고온 환경에서만 충전이 가능하다는 점이 한계로 지목돼 왔다.

느린 충전 속도가 문제였다. 이번에 개발한 기술은 전고체 배터리 음극에서 도전재(전기가 흐르도록 돕는 소재)와 바인더(전극 안정화 장치)를 제거하고 5마이크로미터(㎛) 내외의 입자 크기를 가진 ‘마이크로 실리콘 음극재’를 적용하는 방식을 적용했다.

실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재에 비해 10배 높은 용량을 보유, 에너지 밀도 향상에 필수 소재로 꼽히지만, 부피 변화가 커 실제 적용이 까다롭다.

연구팀은 이를 극복, 실리콘 연구재를 적용해 에너지 밀도를 대폭 향상시켰다.

그 결과 상온에서도 500회 이상 충전과 방전을 반복한 뒤에도 80% 이상 잔존 용량을 유지하게 됐다.  

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