전기차 배터리 수명 늘릴 리튬이온 배터리 양극소재 개발

서울대 강기석 교수 연구팀, 리튬 과잉 양극소재 전압 강하·수명 저하 원인 규명

한국연구재단은 서울대 강기석 교수(사진) 연구팀이 대용량 리튬이온 배터리의 문제점을 개선할 양극 소재를 개발했다고 21일 밝혔다.

전기차 시장이 빠르게 성장함에 따라 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있는 리튬 과잉 양극 소재가 주목받고 있다. 하지만 충전과 방전이 장기간 반복되는 과정에서 작동 전압이 급격히 떨어지는 단점이 있었다.

연구팀은 전압 강하와 수명 저하 원인을 찾아내고 에너지 밀도를 높이기 위해 니켈, 코발트, 망간을 함유한 양극재에서 니켈 함량을 높인 차세대 ‘하이-니켈 소재’에 주목했다.

연구팀은 하이-니켈 소재의 니켈 함량을 높이는 대신 리튬이 함유된 전이 금속층과 리튬층을 번갈아 쌓은 뒤 산소층을 재배열함으로써 효율을 높인 리튬 과잉 양극 소재를 개발했다.

이 양극 소재의 전압 강하 폭은 40차례 충·방전에도 0.05V 이내였다. 기존 소재는 3배인 0.15V 넘게 전압이 떨어졌다. 새로 개발한 양극 소재의 전압 안정성은 98.7%에 달하는 것으로 나타났다.

연구진은 “새로 개발된 리튬 과잉 물질은 기존 하이-니켈과 비교할 때 에너지 밀도가 1.25배 정도 향상될 것”이라고 설명했다.

이 기술이 상용화될 경우 비싼 코발트 사용을 줄이기 때문에 원가 절감에도 크게 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 머티리얼즈(Nature Materials)’ 이날자에 게재됐다.

김준영 기자 [e-mail]