영하 20도서 100회 사이클 후 87% 용량 유지
'배터리 연구의 국제 경쟁력 한층 강화' 평가왼쪽부터 이기라 포항공대 화학공학과 교수, 박호석 성균관대 화학공학부 교수. LG에너지솔루션 제공

LG에너지솔루션과 포스텍(POSTECH, 옛 포황공대), 성균관대가 공동 연구를 통해 리튬이온전지의 저온 성능과 열안전성을 동시에 개선할 수 있는 전해질 핵심 기술을 개발했다.

공동연구팀은 영하 20도의 좋지 않은 환경에서도 100회 사이클 뒤 약 87%의 용량을 유지하고 열 폭주를 약 90% 이상 억제할 수 있는 전해질 연구 개발에 성공했다고 20일 밝혔다. 보통 배터리 셀의 경우 같은 조건에서 약 10% 안팎의 용량을 유지하는 것이 일반적이다.

이번 연구의 핵심은 '알릴 트리메틸 포스포늄'(Allyl Trimethyl Phosphonium·APT) 계열 이온성 화합물을 활용한 전해질 기술이다. 이 화합물은 플러스와 마이너스 전하를 띠는 이온들이 자석처럼 강하게 결합해 만들어진 물질로 전해질 내에서 이온을 이동시켜 전류를 흐르게 하는 역할을 한다. 이 중에서도 APT 계열 이온성 화합물은 단순 첨가제의 기능을 넘어 전해질의 동결점을 낮추고 계면 반응을 조절하는 다기능성 소재로 주목받고 있다.

공동연구팀은 이 물질을 전해질 내 도입해 리튬이온전지 성능 저하의 주요 원인인 저온 이온이동 저하와 계면 불안정성을 동시 개선하는 데 성공했다.

이번 연구는 ①LG에너지솔루션의 셀 제작 및 분석 인프라 ②포스텍의 이온성 화합물 합성 역량 ③성균관대의 계면 분석 기술이 결합된 협업의 결과물로 국내 배터리 연구의 국제 경쟁력을 한층 끌어올렸다는 평가를 받는다. 이기라 포스텍 교수 연구팀은 "산업 현장의 기술 과제를 학문적으로 재해석해 실질적 설루션으로 발전시킨 모범적 산학협력 모델"이라고 밝혔다.

LG에너지솔루션 관계자는 "이번 연구는 하나의 이온성 화합물 플랫폼으로 성능과 안전성이라는 상충된 요구를 동시에 충족시킨 혁신적 사례"라며 "APT 기반 전해질 기술은 전기차뿐 아니라 항공·우주, 극저온 환경용 배터리 등 다양한 분야에서 새 고객 가치를 제공할 수 있을 것"이라고 전했다.