LG에너지솔루션과 포항공대, 성균관대가 공동연구를 통해 리튬이온전지 저온성능·열안전성을 개선하는 전해질 핵심 기술을 개발했다. 이기라 포항공대 교수(왼쪽), 박호석 화학공학부 교수. LG에너지솔루션 제공LG에너지솔루션은 POSTECH(포항공과대학교), 성균관대학교와 함께 리튬이온전지의 저온 성능과 열 안전성을 동시에 개선할 수 있는 전해질 핵심 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
이들 공동 연구팀은 "영하 20°C의 환경에서도 기존 전해질 대비 약 87%의 용량을 유지하고 열폭주를 약 90% 이상 억제하는 기술 개발에 성공했다"며 이같이 설명했다.
해당 연구 결과는 에너지분야 최고 권위 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈'와 '저널 어프 머티리얼즈 케미스트리 A'에 게재됐다.
이번 개발의 핵심은 '알릴 트리메틸 포스포늄(APT)' 계열 이온성 화합물을 활용한 전해질 기술이다.
이온성 화합물은 플러스와 마이너스 전하를 띠는 이온이 자석처럼 강하게 결합해 만들어 진다. 전해질 내에서 이온을 이동 시켜 전류를 흐르게 하는 역할을 한다.
특히 APT 계열 이온성 화합물은 단순 첨가제의 기능을 넘어 전해질의 동결점을 낮춘다. 전해질의 동결점을 낮추고 계면 반응을 조절하는 다기능성 소재로 주목받고 있다.
전해질의 동결점을 낮추면 추운 환경에서도 배터리가 얼지 않고 정상적으로 작동할 수 있게 된다. 부식이나 손상 발생도 줄어드는 만큼 배터리 수명이 길어지고 안정성도 높아진다.
공동 연구팀은 이 물질을 전해질 내에 도입해 리튬이온전지의 성능 저하를 동시에 개선했다.
실제 이 기술이 적용된 배터리 셀은 영하 20°C의 악조건에서 100회 충·방전 후 약 87%의 높은 용량 유지율을 달성했다. 배터리 셀의 경우 동일한 조건에서 약 10% 안팎의 용량을 유지하는 것이 일반적이다.
또 동일한 APT 계열 이온성 화합물을 고용량 실리콘 음극 전지에 적용해 열폭주를 약 90% 이상 억제하는 등 전지의 열안전성을 높였다.
LG에너지솔루션 관계자는 "APT 기반 전해질 기술은 전기차뿐 아니라 항공·우주, 극저온 환경용 배터리 등 다양한 분야에서 새로운 고객 가치를 제공할 수 있을 것"이라고 말했다.