[IT비즈뉴스 최태우 기자] 차세대 이차전지로 손꼽히는 전고체전지용 고체전해질을 저렴한 비용으로 대량생산할 수 있는 기술이 개발됐다. 

한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 박준우 박사팀은 전고체전지의 핵심요소인 ‘고체 전해질’을 현재 가격비 1/10 수준의 비용으로 제조할 수 있는 특수 습식합성법과 대량양산 기술을 개발했다.

전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 가연성 액체에서 고체로 대체한 전지다. 고체 전해질을 사용해 화재위험이 없고 온도 변화, 외부충격을 막기 위한 안전장치와 분리막이 불필요해 고용량화·소형화가 가능하다.

보통 고에너지 볼밀링 공정을 통한 건식합성법과 화학반응을 활용하는 습식합성법을 통해 제조된다.

습식합성법은 건식합성법과 비교해서 복잡한 공정 없이 대량으로 생산할 수 있으나 결과물의 이온 전도도가 상대적으로 낮은 게 단점으로 지적돼왔다.

KERI 연구진이 이번에 개발한 고체전해질 합성법은 낮은 순도의 저렴한 원료로도 고성능 고체 전해질을 대량생산할 수 있는 특수 습식합성법이다. 

연구팀은 첨가제를 통해 간단한 공정으로 대량생산이 가능한 습식의 장점과 높은 이온 전도도를 제공하는 건식의 장점을 얻을 수 있는 제조공정을 개발했다. 특히 기존 고순도 원료 대비 1/10 수준 가격인 저순도 원료로도 높은 이온 전도도를 가진 좋은 성능의 고체 전해질을 대량으로 생산할 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

전고체전지용 양극(+)의 대면적 생산과 생산비용 절감을 가능하게 하는 고체전해질 최적 함침 기술도 개발했다. 양극은 전지의 용량을 결정하는 핵심요소 중 하나다.

연구팀은 최적화된 함침 공정설계로 고체 전해질을 양극에 균일하게 분산하는 기술을 개발했다. 이 기술을 활용하면 낮은 비율의 고체 전해질만으로도 활물질을 많이 포함해 높은 에너지밀도를 가진 전고체전지용 양극을 제조할 수 있다.

박준우 박사는 “KERI 특수 습식합성법은 비싼 원료와 복잡한 고에너지 공정방식이 없어도 높은 수득률로 고체 전해질을 제조할 수 있는 획기적인 기술”이라며 “함침 기술은 기업에서 비싼 비용 없이 기존 생산라인을 활용할 수 있으며 쉽고 간단하게 대량생산할 수 있는 공정기술”이라고 밝혔다.

연구책임자인 이상민 센터장은 “전고체전지의 핵심이 되는 저가형 고체 전해질 소재에 대한 합성법이 개발돼 실현 시기를 앞당길 수 있게 됐다”며 “현재 산업부 리튬기반 차세대 이차전지 성능 고도화 및 제조 기술 개발 사업 수행에도 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.