전고체 이차전지용 초박막 고체전해질막 개발

한국전자통신연구원(ETRI)이 차세대 리튬이차전지인 전고체 이차전지용 초박막 고체전해질막 개발에 성공했다. 이번 연구는 에너지 소재 분야의 세계적 학술지 ‘스몰(Small)’ 표지 논문으로 게재되며 학계의 주목을 받았다.

ETRI 연구진은 섬유화 바인더 소재를 활용해 용매 없이 고체전해질 분말을 혼합, 기존 상용 리튬이온전지 분리막 두께에 근접한 18㎛ 두께의 고체전해질막을 제작했다. 이는 기존 1㎜ 두께 후막형 고체전해질막과 비교해 에너지 밀도를 10배 이상 향상시켰다.

전고체 이차전지는 기존 액체전해질을 고체로 대체해 폭발, 발화 등 안전 문제를 원천적으로 해결하며, 고체전해질막은 이 전지의 핵심 소재로 꼽힌다. 연구진은 건식 공정을 통해 제조 과정에서 바인더 함량을 최소화하고, 용매를 사용하지 않아 환경 영향을 줄이는 데 성공했다.

또한, 연구진은 고분자 바인더의 분자량과 섬유화 얽힘 정도의 상관관계를 정량적으로 분석해 최대 98%의 섬유화를 달성했다. 이를 통해 얇고 견고한 전해질막을 대면적으로 구현하면서 공정 단순화와 비용 절감의 가능성을 제시했다.

박영삼 박사는 “초박막 고체전해질막 개발로 전고체 이차전지의 상용화를 앞당길 수 있는 기반을 마련했다”며, “에너지 밀도를 획기적으로 높이는 동시에 가격 경쟁력을 확보할 수 있을 것”이라고 말했다. 신동옥 박사는 “이번 연구는 복합 전극 소재로 확대 적용이 가능하며, 용매를 사용하지 않는 환경친화적 제조 공정을 제시했다는 점에서도 의미가 크다”고 밝혔다.


ETRI는 앞으로 이온전도 성능 향상과 전극 계면 안정화를 위한 추가 연구를 진행할 계획이며, 초박막 고체전해질막을 적용한 파우치형 셀을 개발해 상용화 가능성도 검증할 예정이다. 이번 연구는 ETRI 창의전문연구실 사업, 산업통상자원부, 국가과학기술연구회 지원을 받아 수행됐다.