전기연, 전해질 저온제조기술 개발

기업 기술이전 2년내 양산화 준비

하윤철(뒷쪽) 박사가 200℃ 이하 낮은 결정화 온도에서 고체 전해질을 제조하고 있다. [전기연 제공]
하윤철(뒷쪽) 박사가 200℃ 이하 낮은 결정화 온도에서 고체 전해질을 제조하고 있다. [전기연 제공]

리튬 이차전지와 달리 폭발위험이 원천차단된 전고체전지 상용화가 한발짝 다가왔다. 한국전기연구원 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 개발한 ‘저온 소결 소결형 고체 전해질 분말 제조 및 시트화 기술’이 전문 기업체에 기술이전 전고체전지 상용화에 큰 기여를 할 것으로 주목받고 있기 때문이다.

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

전고체전지는 고체 전해질의 효과적인 생산도 중요하지만, 무엇보다 전해질이 고체이기 때문에 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 약하다는 것이다.

이 기술은 저온에서 양질의 고체 전해질을 손상 없이 제조하여 극판과 멤브레인에 최적 적용할 수 있는 기술이다. 연구팀은 자체 개발한 중간재습식 밀링 공정을 기반으로, 200℃ 이하 낮은 결정화 온도에도 기존 방식(500℃ 이상 열처리)의 결과물과 대등한 수준의 이온 전도성을 가지는 고체 전해질 제조기술을 개발할 수 있었다.

열처리 온도를 200℃ 이하로 낮출 수 있다는 것은 새로운 전극 제조 공정 개발로 이어진다. 계면 저항이 크게 발생하는 기존 과정과 달리, 이 공정에서는 고체 전해질과 각종 물질(바인더, 도전재, 활물질 등)을 섞어서 시트화해 전극을 만들고, 한 번에 열처리하여 마무리할 수 있는 것이다.

이 기술은 이차전지 장비 전문기업인 ㈜하나기술에 기술이전됐다. ㈜하나기술은 이번 기술이전을 기반으로 전고체전지용 ‘고체 전해질 시트 제조설비’와 ‘시트용 고체 전해질 소재’를 2023년 말까지 양산화 가능한 기술로 완성한다는 계획이다. 구본혁 기자


nbgkoo@heraldcorp.com