[관련동향] 배터리뉴스 (3) - 리튬이차전지의 수명을 3배 UP! 새로운 복합소재의 개발

[관련동향] 배터리뉴스 (3) - 리튬이차전지의 수명을 3배 UP📈!

새로운 복합소재의 개발

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안녕하세요.

We Make Your Idea Possible! 일신오토클레이브입니다.

 

 

얼마전부터 미니 특집으로 전해드리고 있는 <배터리🔋 뉴스 특집>! 오늘은 그 마지막이 될 3탄을 가져왔습니다.😍

이번 6월에 발표된 아주 따끈따끈한 소식인데요, 현재의 리튬이온전지를 대체할 차세대 리튬이차전지와 관련된 국내 연구성과를 소개해드리고자 합니다. 차세대 리튬이차전지는 전 세계적으로도 핫한 이슈인만큼 활발한 연구가 이루어지고 있는 분야죠! 그럼 같이 살펴보실까요?

 

 

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현재 리튬이온전지의 음극재는 경제성과 더불어 안전성의 문제로 인해 흑연을 주로 사용했지만, 흑연은 리튬금속과 비교해 낮은 에너지 밀도뿐만이 아니라 이론 용량이 월등히 적고 상대적으로 큰 부피를 차지한다. 결국 리튬금속이 차세대 리튬 이차전지의 가장 이상적인 음극재로 알려져 있다.

 

일반적인 리튬이차전지는 충전 시 양극에서 음극으로 리튬이온이 이동하여 전기에너지를 저장한다. 그런데 리튬이온전지(모식도 왼쪽)에서는 양극에서 음극으로 이동하는 리튬이온이 흑연의 층상구조 내로 들어가 안정적으로 저장되는 반면, 리튬금속전지(모식도 오른쪽)에서는 리튬이온이 음극인 리튬금속 표면에 리튬으로 바뀌어 쌓이게 된다.

 

이때 리튬이 고르게 자라나지 못하고 국소적으로 성장하여 나뭇가지처럼 자라나는 ‘리튬 덴드라이트(dendrite)’가 발생한다. 이는 전해액 분해를 가속하여 전지의 성능을 떨어뜨리거나 심한 경우 분리막을 뚫고 자라나 양극과 접촉하는 쇼트(short-circuit)를 일으켜 전지 폭발 가능성이 있다.

 

리튬이온 이동 경로(양극→음극) 및 리튬 성장 모식도  (출처: 한국화학연구원)

 

이에 연구팀은 이온전도성이 높고 덴드라이트를 잘 억제할 수 있는 소재를 최초로 도입하여, 리튬을 고르게 잘 성장시키면서 리튬이온도 잘 전달하는 새로운 이차전지 음극 복합소재를 개발하였다.

 

기존의 복합소재 제조 기술은 고온 등의 조건 하에 리튬과의 반응이 필요한 방식이었다면, 본 연구에서는 리튬이온을 잘 전달하는 소재를 리튬금속과 물리적으로 섞는 매우 손쉬운 방법으로 복합소재를 제조하였다.

 

개발된 리튬 복합소재를 테스트한 결과, 일반 리튬금속에 비해 리튬 덴드라이트 성장이 확연히 줄어들었으며, 이에 따라 전지의 수명이 3배 이상 증가한 것을 확인하였다. 일반 리튬금속을 적용하면 70회 충·방전 이후 용량 감소율이 커지는 반면, 개발된 소재를 적용하면 250회 충·방전 후에도 급격한 용량 감소 없이 안정적으로 구동하였다. 또한 충·방전 속도가 일정 조건에서 20% 이상 증가한 것을 확인하였다.

 

※ 출처

한국화학연구원: https://www.krict.re.kr/bbs/BBSMSTR_000000000687/view.do?nttId=B000000104167Bu7dN4&mno=sub06_02

보도자료 >KRICT Channel >

 

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본문에서 언급된 리튬금속과 섞었다는 리튬이온을 잘 전달하는 소재는 Al-LLZO(Al-doped Li₇La₃Zr₂O₁₂)로, 우리가 그동안 많이 들어봤던 전고체 전지의 고체전해질로 많이 연구되는 소재라고 해요. 그렇게 개발된 복합소재를 대면적 파우치 셀에 적용했을 때 안정적인 충·방전 특성도 보여 실제 전지에의 적용 가능성도 확인했다고하니 실용화도 충분히 가능할듯 하죠?

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또 이번 기술은 최근 선정된 ‘글로벌 TOP 전략연구단’ 사업과 연계해 개발된 리튬 복합소재의 고성능 및 대면적화를 위한 공정 기술 개발을 지속 추진할 예정이라고 하는데요, 여기에서 말하는 글로벌 TOP 전략연구단은 1000억원 규모의 예산이 투입되는 정부출연연구기관 중심의 국가적 난제 해결 사업이에요.

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출처: 과학기술정보통신부, 대덕넷

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각축 끝에 최종 5개 분야가 선정되었는데 그 중 하나가 바로 <시장선도형 차세대 이차전지 혁신 전략연구단>이라고 합니다. 올해에만해도 260억원의 예산이 투입돼 성과 창출에 박차를 가할 예정이라고 하니 또 어떤 새로운 연구들이 나올지 정말 기대가 되네요!

 

 

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여기까지 3주에 걸쳐 <배터리🔋뉴스 특집>이라는 소제목으로 관련 최신 소식들을 알아봤는데요, 어떠셨나요?😁 일신오토클레이브의 블로그를 찾아주시는 분들께 조금이라도 유용했다면 좋겠습니다!

배터리 산업, 그 중에서도 전고체 배터리 분야에서 핫하게 쓰이고 있는 저희 일신오토클레이브의 초고압 온간 정수압 프레스(WIP) 제품소개 링크도 하단에 첨부했으니 참고하시면 더욱 도움이 될거예요.🤓

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그럼 저는 다음에 또 흥미로운 주제를 들고 찾아오겠습니다! 안녕~👋👋

 

 

 

 

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👇<배터리🔋뉴스 특집> 지난 포스팅 보기👇

📢1편 - 안전성 높은 복합 고체전해질의 개발📢

https://suflux.tistory.com/1200

[관련동향] 배터리뉴스 (1) - 안전성 높은 복합 고체전해질의 개발

 

 

📢2편 - 급속충전에도 안정적인 전기차 배터리의 구현📢

https://suflux.tistory.com/1201

[관련동향] 배터리뉴스 (2) - 급속충전에도 안정적인 전기차 배터리의 구현

 

 

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