LG에너지솔루션, 극한 환경에서 버티는 배터리 신기술 개발
APT 기반 전해질 기술로 전해질 동결점 낮추고 계면 반응 조절 영하 20도서 100회 충방전에도 87% 용량 유지 열폭주 90% 억제…차세대 배터리 적용 기대
[녹색경제신문 = 김지윤 기자] LG에너지솔루션이 포항공과대학교(POSTECH), 성균관대학교와의 공동연구를 통해 리튬이온전지의 저온 성능과 열안전성을 동시에 개선할 수 있는 전해질 핵심 기술 개발에 성공했다.
이번 연구 결과는 에너지 분야 최고 권위 학술지 Advanced Energy Materials와 Journal of Materials Chemistry A에 게재됐다.
이번 연구의 핵심은 ‘알릴 트리메틸 포스포늄(Allyl Trimethyl Phosphonium, APT)’ 계열 이온성 화합물을 활용한 전해질 기술이다. 이 물질은 플러스와 마이너스 전하를 띠는 이온들이 강하게 결합해 만들어진 화합물로, 단순한 첨가제를 넘어 전해질의 동결점을 낮추고 계면 반응을 조절하는 다기능성 소재로 주목받고 있다.
공동연구팀은 APT 계열 이온성 화합물을 전해질에 도입해 리튬이온전지의 성능 저하 주요 원인인 ‘저온 이온 이동 저하’와 ‘계면 불안정성’을 동시에 개선하는 데 성공했다.
이 기술이 적용된 배터리 셀은 영하 20°C의 악조건에서도 100회 충·방전 후 약 87%의 용량을 유지했다. 일반적인 리튬이온전지가 동일 조건에서 약 10% 수준의 용량만 유지하는 것과 비교하면 월등한 성능이다.
또한 동일한 APT 계열 이온성 화합물을 고용량 실리콘 음극 전지에 적용해 열폭주를 약 90% 이상 억제하는 데 성공했다. 이는 배터리 발화 시 발생하는 열량을 기존 대비 90% 낮춰 열 전이 속도를 크게 줄인 것이다.
이번 연구는 LG에너지솔루션의 셀 제작 및 분석 인프라, POSTECH의 이온성 화합물 합성 기술, 성균관대학교의 계면 분석 역량이 결합된 산학협력의 성과로, 국내 배터리 연구의 국제 경쟁력을 한층 높였다는 평가를 받고 있다.
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 및 극저온 환경용 배터리 등 다양한 분야에서 새로운 고객 가치를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.