고성능 양극소재 기술 개발

하이브리드 자동차와 미래 전기자동차의 전원(電源)인 리튬이온 2차전지의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 1차원 나노구조 형태의 '리튬망간계 스피넬(spinel) 양극(+극) 소재'를 합성하는 원천기술이 개발됐다. 김도경(49ㆍ사진) KAIST 신소재공학과 교수는 미국 스탠퍼드대학 이 쿠이(Yi Cui) 교수팀과 공동으로 리튬이온 2차전지의 충ㆍ방전 특성과 고온 안정성을 높일 수 있는 리튬망간계 스피넬형 양극물질을 나노막대 구조로 대량 합성하는 방법을 개발했다고 19일 밝혔다. 현재 상용화된 리튬이온전지의 리튬코발트계 양극 소재는 특성이 우수하지만 비싸고 충ㆍ방전시 발생하는 열에 취약해 하이브리드 자동차 등에 적용하는 데 한계가 있다. 이에 비해 리튬망간계 양극 소재는 지구상에 원료가 풍부하고 저렴하며 친환경적 소재인데다 안정된 스피넬형 원자구조를 이룰 경우 고온 안정성이 뛰어나다. 다만 충ㆍ방전 속도가 느리고 계속되는 충ㆍ방전 사이클에 따라 특성이 저하되는 단점이 있다. 이 같은 단점을 극복하기 위해 나노입자화, 나노기공 도입이 시도되고 있지만 양극 소재의 적층ㆍ전류밀도가 낮아 이를 높일 수 있는 나노와이어 또는 나노막대형 등 1차원 나노구조 전극소재 개발이 절실했다. 김 교수팀은 안정된 스피넬 구조의 리튬망간 소재를 100나노미터(㎚ㆍ1㎚는 10억분의1m) 굵기의 나노막대 구조로 대량 합성하는 기술을 개발해 리튬이온전지의 양극에 적용, 높은 전류밀도에서도 충ㆍ방전 특성이 크게 개선됨을 확인했다. 김 교수는 "이번에 개발된 나노소재 합성법은 대량생산에 비교적 쉽게 적용할 수 있어 조기에 상용화가 이뤄질 것으로 전망된다"고 밝혔다.