SK온, 상온 구동 가능한 전고체 배터리용 리튬 메탈 음극 개발

한양대 연구팀과 공동 개발로 국제학술지 게재

SK온이 지난해 3월 인터배터리 전시회에서 공개한 고분자복합계 전고체배터리 개발품. /SK온

SK온이 한양대 연구팀과 상온에서 구동 할 수 있는 황화물계 전고체 배터리용 리튬 메탈 음극을 공동 개발해 최근 국제학술지 '어플라이드 매터리얼스 앤드 인터페이스(Applied Materials & Interfaces)'에 게재했다.

9일 관련 업계에 따르면 전고체 배터리의 전해질(고체)은 액체 전해질보다 이온전도도가 낮지만, 황화물계 전해질은 이온전도도가 액체 전해질과 비슷한 수준이다. 이온전도도가 높을수록 배터리 출력이 커지고 고속으로 충전된다.

다만 리튬 메탈과 부반응으로 저항이 증가하고 리튬이 균일하게 이동하지 않아 전류가 한곳으로 집중돼 덴드라이트(배터리 음극 표면에 생기는 나뭇가지 모양의 결정체) 형성 및 성장으로 셀 단락을 유발할 수 있다. 이 때문에 황화물계 리튬 메탈 배터리는 균일한 리튬 이동을 위해고온으로 구동한다. 이 경우에는 소재 성질이 악화돼 배터리 수명이 단축된다.

연구팀은 음극 집전체에 리튬 친화성 소재인 은이 추가된 음극을 구성해 상온 구동을 실현했다. 이를 통해 고온 구동 시 고온 유지에 필요한 모듈 비용을 제거하고 배터리 수명을 늘렸다.

또 리튬은 합금 과정에서 SEI(배터리 최초 충전시 음극재 표면에 생기는 얇은 막)막이 동시에 형성되는 공법을 개발했다. 이는 덴드라이트 성장 억제 뿐 아니라 공정의 비용 및 시간을 감축할 수 있다.

SK온은 내년 하반기 황화물계 고체 배터리 파일럿 라인을 준공하고 2029년 상용화 시제품을 출시한다는 계획을 밝힌 바 있다. LG에너지솔루션은 2030년까지 황화물계 전고체 배터리를 상용화할 계획이다.