국내 연구진이 기존 리튬이차전지보다 3배 이상의 출력을 낼 수 있는 원천기술을 개발했다.

이상영(사진) 울산과학기술대학교 교수팀과 김종훈 LG화학 배터리연구소 박사팀은 24일 오팔(Opal) 기존 리튬이차전지보다 성능과 안전성을 획기적으로 개선할 수 있는 분리막 소재 원천 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번에 개발된 분리막을 리튬이차전지에 적용하면 기존 전지보다 출력과 수명은 3배 이상, 충전속도는 2배 가까이 늘어나는 것으로 확인됐다. 또 150℃ 고온에서도 전혀 열수축이 발생하지 않아 전지 폭발과 발화 위험성이 크게 줄고, 극성 전해액 사용도 가능하게 된다.

현 리튬이차전지는 시트(sheet) 형태의 양극, 음극, 전해액 외에 미세 기공을 가진 필름인 분리막으로 구성된다. 분리막은 내부 다공 구조에 채워진 전해액을 통해 리튬이온이 양극·음극 사이를 이동, 충전과 방전을 가능케 하는 역할을 한다. 지금까지의 분리막 소재는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등이 많이 쓰였다. 그러나 낮은 기공도와 불균일한 기공 구조로 인해 전기자동차용 전지와 같은 차세대 전지에서 요구되는 고출력, 고속 충전 기능을 확보하기에는 어려움이 있었다. 게다가 전지 온도 상승시 분리막 열 수축에 의해 양극과 음극이 맞닿게 돼 폭발이나 발화의 위험도 있었다.

반면 새로 개발된 분리막은 나노미터 크기의 기공(pore)이 균일하게 분포된 다공성 구조로 리튬이온 전달 능력과 내열성을 크게 향상시킨다.규칙적인 입자 배열을 특징으로 하는 오팔(opal) 보석 구조와는 정반대인 역 오팔(inverse opal) 구조를 갖는 게 특징이다.

박재문 미래창조과학부 연구개발정책실장은 “상용화를 위해서는 대면적의 분리막 제조와 검증 등의 과제가 남아있다”며 “기존 소형 전지뿐 아니라 전기자동차, 스마트 그리드용 중대형 전지의 성능과 안전성을 한차원 향상시킬 수 있는 신개념 분리막의 기술적 토대를 마련한 데에 큰 의의가 있다”고 설명했다.