국내 연구진이 전기자동차와 스마트폰 등에 쓰이는 리튬이온전지 급속충전 과정에서 배터리 성능과 안전성을 크게 높일 수 있는 방법을 찾아냈다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 에너지융합연구단 장원영 박사, 전북분원 탄소융합소재연구센터 김승민 박사 공동연구팀은 리튬이온전지의 급속 충·방전 시 전극 소재가 변형되는 원인을 규명하고 배터리 전극 표면을 효과적으로 분석하는 전자현미경 기반 ‘전지 소재 열화 분석 플랫폼’을 구축했다고 28일 밝혔다.


현재까지 주로 전지 성능 지표를 높이기 위해 전지 용량과 직결된 전극 소재 벌크 구조 분석에 연구가 집중돼 온 것에 비해 역발상으로 유기용매 전해액과 맞닿아 있는 전극 표면에서 전지 열화나 열 폭주 현상이 시작되는 것에 주목한 것이다. 연구팀은 전기차용 고용량 양극(+) 소재의 후보물질로 각광받고 있는 3원계 양극 물질(NCM, LiNixCoyMnzO2)의 충·방전 과정을 투과전자현미경으로 분석해 이같은 성과를 얻었다.

이에 따라 리튬이온전지가 급속 충전시 리튬이온이 전극과 전해질을 거쳐 전달되는 속도가 실제 충전속도에 미치지 못해 용량과 수명이 급격히 감소되는 단점을 해결할 수 있는 단초가 마련돼 전기차 확산에 기여하게 됐다. 지난해 삼성전자 노트7 폭발사고고처럼 스마트폰 폭발사고가 심심찮게 발생하는 상황에서 안전성을 높이는 데도 도움이 된다.

장원영 KIST 박사는 “전기차용 차세대 배터리 소재 설계에 매진하면서 스마트폰 배터리 안전성 강화도 연구하고 있다”며 “이번 연구로 전기차와 스마트폰 등에 쓰이는 전지 성능과 안전성 향상에 기여할 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 ‘The Journal of Physical Chemistry Letters’에 게재됐다.

/고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com