LG엔솔 "전고체 배터리 수명 난제 풀었다"…500회 이상 충방전 가능

LG에너지솔루션이 차세대 배터리 분야에서 상온에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다. 그간 전고체 배터리는 60℃ 이상에서만 충전이 가능했지만, 이번 획기적인 기술 개발로 상용화를 노릴 수 있게 됐다.


LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고 대학교(UCSD)와 공동 연구로 상온(25℃)에서 충방전 수명이 500회 이상인 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 실리콘을 적용한 전고체 배터리 중 상온에서 충방전 수명이 500회 이상인 건 처음이다.

이번 연구 논문은 이날 세계 과학계 연구성과 지표의 기준이 되는 최고 권위의 과학 저널 사이언스지(373권 6562호)에도 실렸다.

전고체 배터리는 배터리의 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체한 배터리다. 현재 사용 중인 리튬이온배터리보다 에너지 밀도와 안전성을 향상시킬 수 있다.

하지만 에너지 밀도 향상을 위해 리튬 금속을 음극으로 적용한 기존 전고체 배터리는 온도에 민감해 60℃ 이상의 고온 환경에서만 충전할 수 있는 것이 문제였다. 느린 충전 속도도 한계로 지적돼 왔다.


연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 전고체 배터리의 음극에서 도전(導電)재와 바인더를 제거하고 5um(마이크로미터) 내외의 입자 크기를 가진 '마이크로 실리콘 음극재'를 적용했다.

실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재에 비해 10배 높은 용량을 가져 배터리의 에너지 밀도 향상을 위한 필수 소재로 꼽힌다. 그러나 충방전 중 큰 부피 변화 때문에 실제 적용이 까다로운 소재로 알려졌다.

기존엔 실리콘 음극재의 부피 변화를 억제하기 위해 100나노미터(0.1마이크로미터) 이하의 입자 크기를 가진 나노 실리콘을 적용했지만, 이번 연구는 마이크로 실리콘을 사용했다. 나노 실리콘보다 저렴하고 사용이 더 용이하다는 이점이 있다.

특히 500번 이상의 충전과 방전 이후에도 80%이상의 잔존 용량을 유지한 것이 가장 주목할 만한 성과다. 이는 현재 상용화된 리튬이온배터리와 비슷한 수준의 성능이다. LG에너지솔루션에 따르면 리튬이온배터리는 보통 상온에서 500~800번 이상 충방전 이후 80% 이상 수준을 유지한다. 전고체 배터리는 리튬이온배터리에 비해 에너지 밀도도 약 40% 높일 수 있다.

이번 연구 결과는 LG에너지솔루션이 오픈 이노베이션 차원에서 매년 개최하는 배터리 이노베이션 콘테스트(Battery Innovation Contest)의 지원 과제가 실제 성과로 이어진 것이다.

김명환 LG에너지솔루션 CPO(최고제품책임자)는 "이번 연구 결과를 통해 차세대 배터리로 각광받고 있는 전고체 배터리 상용화에 한 걸음 더 다가가게 됐다"며 "앞으로도 적극적인 오픈 이노베이션 전략을 통해 차세대 배터리 분야에서도 차별화된 기술력으로 세계 시장을 선도해나갈 것"이라고 말했다.