값비싼 황화리튬 사용하지 않고, 저가로 대량생산 가능

국내 연구팀이 고가의 황화리튬을 사용하지 않고 습식 공정의 일종인 공침법(Coprecopitation method)을 이용해 전고체전지용 황화물 고체전해질을 저가로 대량합성하는 신기술을 세계최초로 개발했다.

업계에 따르면 한국전기연구원(이하 KERI) 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 값비싼 황화리튬 사용 없이 단 한 번의 용액합성(One-pot) 과정만으로 황화물계 고체전해질을 저가로 대량생산할 수 있는 획기적인 공정 기술을 개발에 성공했다.

이번 기술의 핵심은 ‘공침법’이다. 공침법은 여러 가지 서로 다른 이온들을 수용액 혹은 비수용액에서 동시에 침전시키는 방법으로, 리튬이차전지용 양극 소재를 대량생산하는 산업 현장에서 가장 많이 활용되는 방법이다.

연구팀이 개발한 전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 액체가 아닌 고체로 대체한 차세대 배터리다.

불연성의 고체를 사용하기 때문에 화재의 위험이 없고, 온도 변화나 외부 충격을 막기 위한 안전장치 및 분리막이 따로 필요하지 않아 전지의 고용량화, 소형화, 형태 다변화 등 사용 목적에 따라 다양하게 활용이 가능한 차세대 유망 기술로 손꼽힌다.

황화물계 고체전해질은 이온 전도도가 높고 연성(Ductility)이 커서 극판과 분리막 제조가 쉽다는 장점이 있으나, 주원료인황화리튬(Li2S) 가격이 비싸다. 또한 다른 원료와의 혼합 공정에 높은 에너지가 드는 볼밀법을 사용하는 단점이 있다.

전고체전지 상용화의 관건인 ‘저가격’과 ‘대량생산’ 이슈를 동시에 해결할 수 있는 큰 성과다. 원천기술과 관련한 국내외 특허 출원을 완료한 연구팀은 이번 성과가 전고체전지의 생산(셀 및 극판, 전해질막 제조기업, 소재 기업 등)라인부터 활용(전기차, 전력저장장치 등)분야까지 다양한 산업계의 많은 관심을 받을 것이라 보고 있다. 아울러 관련 수요업체를 발굴해 기술이전을 추진할 계획이다.

연구팀 한 관계자는 “현재 황화물계 전고체전지 분야에서 일본이 원천소재 기술을 선점하고 있다”며 “우리는 고체전해질 제조공정 기술 우위로 시장경쟁력을 확보해 대응해 나갈 계획이다”고 밝혔다.