한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 최남순 교수 연구팀이 전기차 배터리에 쓰이는 리튬인산철 양극의 낮은 전자전도도를 개선한 전해질 첨가제를 개발했다고 16일 밝혔다.
전기차의 전력원인 리튬이온 배터리의 양극활물질로는 삼원계 니켈·코발트·망간(NCM), 리튬인산철(LFP) 등 소재가 쓰인다. 리튬인산철 양극은 가격이 저렴하고 안전성이 높아 보급형 전기차 시장에서 주목받고 있지만, 낮은 리튬 이온의 확산 속도와 전자전도도 때문에 에너지 밀도가 낮아 저온 조건에서는 성능이 크게 떨어지는 한계가 있다.
연구팀은 리튬인산철 양극과 흑연 음극으로 된 리튬이온 이차전지에 전해질을 첨가해 수명을 높이는 기술을 개발했다.
전해질 첨가를 통해 안정성을 높여 셀투팩(기존 배터리 구성에서 모듈 단계를 제거하고 팩에 직접 셀을 조립하는 방식으로 에너지 밀도를 높일 수 있는 기술) 방식을 적용, NCM과 동등한 수준의 에너지 밀도를 확보할 수 있다고 연구팀은 설명했다. 고온인 45도에서 500회, 상온에서 1천회 충·방전 후에도 각각 초기 용량의 80.8%, 73.3%를 나타냈다.
공동 제1 저자인 KAIST 생명화학공학과 문현규 연구원은 “일반적인 실험실 수준이 아닌 기업에서 요구하는 수준의 높은 에너지 밀도를 가진 양극 소재를 구현했다”면서 “현재 전기차용 전지가 약 10년의 수명을 보장하므로, 이번에 개발한 첨가제를 적용한다면 10∼20% 향상된 11∼12년의 수명을 보장할 수 있을 것”이라고 기대했다.
현대자동차의 지원을 받아 수행된 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스트 펑셔널 머터리얼즈'(Advanced Functional Materials) 지난 9일 자 온라인판에 실렸다.