리튬 2차전지와 달리 화재와 폭발 위험이 없어 차세대 배터리로 꼽히는 전고체전지 상용화가 추진돼 주목을 받고 있다.

전기연구원은 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 개발한 ‘저온 소결형 고체 전해질 분말 제조 및 시트화 기술’이 전문 기업체에 기술 이전돼 상용화 준비 중이라고 19일 밝혔다.

전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체가 아닌 고체로 대체한 차세대 배터리다. 화재 위험이 없고, 냉각 장치 등이 따로 필요하지 않아 전지의 고용량화, 소형화, 형태 다변화 등 사용 목적에 따라 다양하게 활용이 가능한 차세대 유망 기술이다.

전기연구원 하윤철(왼쪽) 박사팀이 200도 이하 낮은 결정화 온도에서 고체 전해질을 제조하고 있다./전기연구원/

전고체전지는 고체 전해질의 효과적인 생산도 중요하지만, 무엇보다 전해질이 고체라 전극이나 멤브레인(분리막)을 만드는 단계에서 다른 물질과의 계면 접촉이 대단히 중요하다. 소결과 같은 열처리를 통해 계면 접촉을 개선할 수 있지만, 문제는 바인더 등 전지의 일부 소재가 고온의 열에 약하기 때문이다. 문제 해결 과정에서도 온도를 높이자니 소재 손상이 우려되고, 반대로 낮추자니 결과물의 질이 떨어지는 난제에 직면했다.

이런 어려움을 극복하는 전기연의 성과는 저온에서 양질의 고체 전해질을 손상 없이 제조해 극판과 멤브레인에 최적 적용할 수 있는 기술이다. 하윤철 박사팀은 자체 개발한 중간재습식 밀링 공정을 기반으로 200도 이하 낮은 결정화 온도에도 기존 방식(500도 이상 열처리)의 결과물과 대등한 수준의 이온 전도성을 가지는 고체 전해질 제조기술을 개발했다.

전기연은 “열처리 온도를 200도 이하로 낮출 수 있다는 것은 새로운 전극 제조 공정 개발로 이어진다”면서 “새로운 기술은 계면 저항이 크게 발생하는 기존과 달리 고체 전해질과 각종 물질을 섞어서 시트화해 전극을 만들고, 한 번에 열처리 해 마무리 할 수 있다”고 설명했다. 이 기술은 2차전지 전 공정 턴키 제작이 가능한 전문 장비업체인 ㈜하나기술(대표 오태봉)에 기술이전됐다. ㈜하나기술은 이번 기술이전을 기반으로 전고체전지용 ‘고체 전해질 시트 제조설비’와 ‘시트용 고체 전해질 소재’를 내년 말까지 양산화 가능한 기술로 완성한다는 계획이다.

김정민 기자