고성능 리튬이차전지용 리튬화합물 음극 소재 개발…금오공대 박철민 교수 연구팀

발행일 2022-10-05 16:05:19 댓글 0 글자 크기 키우기 글자 크기 줄이기 프린트

높은 초기 효율과 안정성 동시 충족, 차세대 고성능 이차전지 음극 소재로서 상용화 가능성 높아



박철민 교수.


리튬이자전지는 ‘리튬을 포함하는 양극소재와 리튬을 포함하지 않는 음극소재로 구성된다’는 기존 사고의 틀을 벗어난 연구 결과가 발표돼 눈길을 끌고 있다.

금오공과대학교 신소재공학부 박철민 교수 연구팀은 ‘고성능 리튬이차전지용 신개념 리튬화합물 음극 소재’를 개발했다.

박 교수 연구팀에 따르면 최근 신개념 음극 소재로 분류될 것으로 기대되는 다양한 리튬화합물을 제조한 데 이어 이를 리튬이차전지용 음극 소재로 적용해 전지 성능의 우수성을 확인했다.

고용량의 이차전지를 만들기 위해서는 리튬 금속이나 실리콘을 음극 소재로 사용해야 하지만, 리튬은 금속 자체의 높은 반응성 때문에 안전성에 대한 우려가 있었다. 또 실리콘 음극은 충전과 방전 시 수명이 저하되는 한계가 있다.

이런 이유로 현재 흑연을 음극 소재로 상용화하고 있지만 제한적 용량으로 고용량 이차전지를 구현하는 데 어려움이 있다.

이와 함께 리튬이나 실리콘 음극은 초기 충전 시 일정량의 리튬이온이 영구 손실되는 문제를 안고 있다.

이 같은 문제를 해결하려면 이차전지 가격에서 가장 큰 비중을 차지하는 양극재인 리튬의 초기 손실을 줄이고 초기 효율을 향상시킬 수 있는 관련 기술이 필요하다.

연구팀에 따르면 현재 알려진 대표적인 방법은 리튬을 음극 소재에 미리 저장시키는 ‘사전리튬화’ 기술이다. 하지만 사전리튬화 기술은 복잡한 공정과 제어가 요구되고 사전리튬화 처리된 소재는 대기 중에서 높은 반응성을 보여 실제 상용화 단계에 도달하기 어렵다는 단점이 있다.

박 교수 연구팀은 기존 음극 소재의 이같은 한계를 극복하고자 ‘리튬화합물 음극 소재’ 개념을 제안했다.

리튬화합물 음극 소재는 기존 상용화된 음극 소재들과 비교해 더 높은 초기 효율과 용량, 출력특성을 보인다는 것이다. 또 일반적인 대기 중에서도 높은 안정성을 보인다는 점에 주목하고 있다.

박철민 교수는 “이번 성과는 리튬이차전지가 리튬을 포함하는 양극소재와 리튬을 포함하지 않는 음극소재로 구성된다는 기존 사고의 틀을 벗어나는 것”이라며 “이차전지 전극 소재 관련 연구에 새로운 패러다임을 제시하고 고성능 음극 소재의 상용화에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구는 나노소재분야 세계적 권위지 ‘ACS Nano(IF=18.027)’ 온라인판 9월27일자 표지논문으로 선정됐으며 관련 특허 2건도 출원했다.

신승남 기자 intel887@idaegu.com
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