[이코노미 트리뷴 = 김용현 기자] 25일 LG화학에 따르면, 회사가 전고체 배터리의 성능을 크게 높일 수 있는 핵심 기술을 개발했다.

전고체 배터리는 안전성이 높고 에너지 효율이 우수해 차세대 배터리로 꼽히지만, 고체 상태의 전해질 입자 크기가 들쭉날쭉하면 내부에 빈틈이 생겨 성능이 떨어지는 문제가 있었다.

LG화학은 이 부분을 해결하며 전고체 배터리 상용화 가능성을 한층 끌어올렸다는 평가다.

이번 연구는 LG화학 차세대소재연구소와 한양대학교 송태섭 교수 연구팀이 공동으로 수행했으며, 세계적인 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’에 게재됐다.

연구팀은 고체 전해질을 균일하게 만드는 것이 핵심이라고 보고, 전해질 용액을 미세한 방울 형태로 분사한 뒤 용매가 자연스럽게 사라지도록 처리해 크기가 고르게 맞춰진 구형 입자를 생산하는 데 성공했다.

이 과정에서 기존 전해질의 가장 큰 한계였던 ‘입자 불균일’ 문제를 효과적으로 줄일 수 있었다.

기존 공정(위)은 고체 전해질 입자 크기가 제각각이라 양극재 사이에 빈틈이 생기고 리튬 이온 이동 경로가 불규칙해지는 문제가 있었다. 신규 공정(아래)은 스프레이 재결정화 기술을 적용해 입자를 균일하게 만들어 전극과 더욱 촘촘히 맞물리도록 한 모습이다. 빈틈이 줄어들면서 리튬 이온이 이동하는 길이 안정적으로 형성된다. [사진 = LG화학]

전해질 입자가 균일해지면 양극 활물질과의 접촉 면적이 훨씬 촘촘해져 리튬 이온이 이동하는 경로가 안정적으로 유지된다.

그 결과 기존 방식 전해질을 사용한 전지와 비교했을 때 기본 용량은 약 15%, 고속방전용량은 약 50% 향상됐다.

고속방전 성능은 전기차를 비롯해 드론·전동 장비 등 고출력 기기에 적용하기 위한 핵심 지표로 꼽힌다.

LG화학은 이번 기술을 기반으로 고체 전해질 개발과 전고체 배터리 상용화에 속도를 낼 계획이다.

스프레이 방식이 이미 다양한 산업 생산공정에서 활용되는 기술이라는 점에서 대량 생산 적용성도 높다는 분석이 나온다.

회사는 전해질 입자 제어 기술을 정교하게 다듬고, 전고체 구조 최적화 연구도 병행해 차세대 배터리 경쟁력을 강화한다는 전략이다.

신학철 LG화학 부회장은 “이번 연구는 전고체 배터리 상용화의 핵심 과제를 해결한 의미 있는 성과”라며 “차세대 배터리 기술 경쟁력을 강화해 글로벌 시장을 선도해 나갈 것”이라고 말했다.

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