LG엔솔 일냈다…'상온 고속충전 가능' 전고체 배터리 개발

차세대 배터리 상용화 앞당겼다는 평가
최고 권위 국제학술지 '사이언스'에 논문 발표

LG에너지솔루션 오창 전기차 배터리 공장 생산라인 [사진=LG에너지솔루션 제공]

LG화학의 자회사 LG에너지솔루션이 차세대 배터리(이차 전지)로 각광받는 전고체 배터리 분야에서 혁신 기술 개발에 성공, 상용화에 한걸음 더 다가가게 됐다.

LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고대(UCSD)와의 공동연구를 통해 기존엔 60도 이상에서만 충전 가능했던 기술적 한계를 넘어 상온에서도 고속 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

회사 측에 따르면 실리콘을 적용한 전고체 배터리 중 상온에서 충전·방전 수명이 500회 이상인 것은 이번이 처음. 논문은 이날 최고 권위 학술지 '사이언스(Science)'지에 실렸다.

전고체 배터리는 배터리의 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체해 현재 사용 중인 리튬-이온배터리보다 에너지 밀도를 향상시키고 안전성도 강화할 수 있는 차세대 배터리다.

하지만 에너지 밀도 향상을 위해 리튬 금속을 음극으로 적용한 기존 전고체 배터리의 경우 온도에 민감해 60도 이상의 고온 환경에서만 충전할 수 있고, 충전 속도도 느리다는 한계점이 있었다.

연구팀은 이같은 문제를 해결하기 위해 전고체 배터리의 음극에서 도전(導電)재와 바인더를 제거하고 5마이크로미터(㎛) 내외 입자 크기를 가진 '마이크로 실리콘 음극재'를 적용했다.

LG에너지솔루션과 미국 샌디에이고 대학교가 공동 개발한 상온 구동 장수명 전고체 전지의 충전 진행 과정 [사진=LG에너지솔루션 제공]

실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재에 비해 10배 높은 용량을 가져 배터리의 에너지 밀도 향상을 위한 필수 소재로 꼽히지만, 충·방전 중 큰 부피 변화 때문에 실제 적용이 까다로운 소재로 알려져 있다.

또 기존 연구에서 실리콘 음극재의 부피 변화를 억제하기 위해 100나노미터(㎚=0.1㎛) 이하 입자 크기의 나노 실리콘을 적용한 데 반해, 이 연구에 적용된 마이크로 실리콘은 나노 실리콘보다 저렴하고 사용도 용이하다는 장점이 있다.

특히 500번 이상의 충전과 방전 이후에도 80%이상의 잔존 용량을 유지하고, 현재 상용화된 리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도를 40% 높여 전고체 배터리 상용화를 위한 기술적 진일보를 이뤄냈다는 평가를 받았다.

이번 연구결과는 LG에너지솔루션이 오픈 이노베이션 차원에서 매년 개최하는 '배터리 이노베이션 콘테스트' 지원 과제가 실제 성과로 이어진 것이라 더욱 의미 있다고 회사측은 설명했다.

김명환 LG에너지솔루션 최고제품책임자(CPO·사장)은 "이번 연구를 통해 차세대 배터리로 각광받는 전고체 배터리 상용화에 한 걸음 더 다가가게 됐다"며 "앞으로도 차별화된 기술력으로 세계 시장을 선도해나가겠다"고 말했다.

강경주 한경닷컴 기자 qurasoha@hankyung.com