한국연구재단은 송승완 충남대·정현민 금오공과대 교수 연구팀이 고전압·고용량 양극 소재용 새로운 바인더 소재를 개발했다고 16일 밝혔다. 바인더는 리튬 이차전지에 쓰이는 중요 고분자 소재로, 전극을 물리적으로 안정화하는 역할을 한다.
최근 전기자동차 개발과 상용화가 활발해지면서 긴 주행거리를 낼 수 있는 고에너지밀도 이자전지 필요성이 부각되고 있다.
현재는 리튬코발트산화물(LiCoO2)이나 니켈코발트망간(NCM)을 상용 양극 소재로 주로 사용한다. 이를 대체할 차세대 양극 소재로 주목받는 것이 바로 과리튬(Li-rich) 산화물이다. 과리튬 산화물은 리튬코발트 산화물과 비교해 2배가량 많은 에너지 용량을 내는 것으로 알려졌다. 그러나 충전전압을 4.4V 이상 높여야 고용량을 획득할 수 있어서 발열에 따른 바인더 접착력 약화와 함께 전지 성능의 빠른 퇴화로 이어진다.
연구팀은 전해질 첨가제 없이 안정적인 접착력을 유지하는 불소화 폴리이미드 바인더 소재를 최초 개발했다. 이를 통해 리튬코발트 산화물보다 두 배 높은 용량과 안정적인 충·방전 성능을 획득했다. 불소화 폴리이미드 바인더 소재는 4.7V의 높은 충전 전압과 55도의 고온에서도 강한 접착력을 유지했다. 충전전압을 높이면 전해질이 산화 분해되고 양극과 전해질 사이 계면이 불안정해지는 종전의 바인더와 다르다고 연구팀은 설명했다.
송승완 교수는 “향후 더 오래 사용할 수 있는 이차전지와 주행거리가 길어진 전기차 생산에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
조재근 기자 jack333@cctoday.co.kr