이차전지 기존 공정 활용, 분리막 신기술 개발

국내 연구팀이 리튬이온전지용 고내열성 세라믹·바인더 가교 분리막 기술, 리튬이차전지 안전성 확보에 크게 기여할 것으로 기대된다. 그 주인공은 이용민 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수와 유명현 한밭대 교수 공동 연구팀이다. 이 연구에는 노영준 DGIST 석박사 통합과정생이 1저자로 참여했다.

리튬이온전지용 세라믹 코팅 분리막은 전지의 내부 단락을 방지하고 이온의 이동을 도와주는 역할을 하고 있다. 하지만 두꺼운 세라믹 코팅층은 전지의 에너지밀도를 하락시키고 내부 저항으로 인해 전지 성능 저하로 이어질 수 있다.



분리막은 전지의 높은 에너지밀도를 위해 박막·경량화가 필수적이다. 하지만 세라믹 코팅층의 두께와 무게를 낮출 경우 분리막의 내열성을 확보하지 못해 전지의 안전성에 악영향을 준다.

공동 연구팀은 세라믹 표면에 폴리도파민을 코팅하여 이를 세라믹 코팅층 내 바인더와 연결시켜 높은 내열성을 갖는 분리막 기술을 개발했다. 세라믹 코팅 분리막 제조 과정 중에 미리 폴리도파민이 코팅된 세라믹을 사용하면 분리막 건조 과정 중 슬러리 내 바인더와 축합반응을 통한 가교 구조를 형성하게 된다. 이는 세라믹 코팅층 전체의 물성에 막대한 영향을 미쳐 내부 접착력을 크게 향상시킨다.

그 결과, 세라믹 코팅층이 전해질에 함침되어도 접착 특성을 유지할 뿐만아니라 분리막이 고온에 오랜시간 노출되어도 수축되지 않는다. 상용 전지 수준의 가혹한 구동 조건에도 성능을 유지했다. 이 교수는 “별도의 복잡한 공정없이 분리막의 내열성을 크게 높일 수 있어 다양한 차세대 이차전지의 분리막 소재로 활용될 수 있다”며 “기술을 고도화해 이차전지의 분리막 시장의 핵심기술로 자리 잡을 것”이라고 포부를 밝혔다.