▲ 한국전기연구원 하윤철 박사가 200℃ 이하 낮은 결정화 온도에서 고체 전해질을 제조하고 있다.

국내 연구진이 전고체전지에 쓰이는 저온 소결형 고체 전해질 분말제조 시트화 기술을 개발하고 기술이전을 진행해 전고체 전지의 상용화에 큰 기여를 하게 됐다.

한국전기연구원(KERI, 원장 직무대행 김남균)은 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 개발한 ‘저온 소결형 고체 전해질 분말 제조 및 시트화 기술’이 전문 기업체에 기술 이전한다고 18일 밝혔다.

전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 액체가 아닌 고체로 대체한 차세대 배터리다. 불연성의 고체 사용으로 화재 위험이 없고, 냉각 장치 등이 필요없어 고용량화, 소형화, 형태 다변화 등 다양한 활용이 가능하다.

전고체전지는 전해질이 고체이기 때문에 전극이나 멤브레인(분리막)을 만드는 단계에서 다른 물질과의 계면 접촉이 대단히 중요하다. 소결과 같은 열처리를 통해 계면 접촉을 개선할 수 있지만, 문제는 바인더 등 전지의 일부 소재가 고온의 열에 약하다는 것이다.

특히, 높은 온도에서 만들어진 고체 전해질일지라도 다른 물질(바인더, 도전재, 활물질 등)과 혼합하기위해 미세 입자로 분쇄해야하는데, 이는 이온전도도 손실로 이어졌다. 혼합 후 계면 간 저항 문제도 발생했다.

하윤철 박사팀은 자체 개발한 중간재습식 밀링 공정’을 기반으로, 200℃ 이하 낮은 결정화 온도에도 기존 방식(500℃ 이상 열처리)의 결과물과 대등한 수준의 이온 전도성을 가지는 고체 전해질 제조기술을 개발했다.

열처리 온도를 200℃ 이하로 낮춰 고체 전해질과 각종 물질(바인더, 도전재, 활물질 등)을 섞어서 시트화해 전극을 만들고, 한 번에 열처리하여 마무리할 수 있다.

이러한 습식 밀링 공정과 저온 소결 방식은 사용자의 활용 목적(전극 제조용, 멤브레인 제조용 등)에 따라 고체 전해질의 크기(입도)를 제어·조절할 수 있고 고체 물질간 계면저항 및 소요 에너지 비용도 낮출 수 있다.

성과는 이차전지 장비 전문기업인 ㈜하나기술(대표 오태봉)에 기술이전됐다. ㈜하나기술은 이차전지 전 공정 턴키 제작 가능 전문 장비업체로, 소재 산업까지 분야를 확장해 전고체전지용 ‘고체 전해질 시트 제조설비’와 ‘시트용 고체 전해질 소재’를 2023년 말까지 양산화 기술로 완성 계획이다.

KERI 하윤철 박사는 “우리 기술은 전극 혹은 멤브레인 공정까지 고려했다는 측면에서 완성도와 실용성이 높은 성과다”라고 밝히며 “앞으로 전력저장장치(ESS)나 전기차 분야에서 전고체전지의 상용화를 위한 소재·극판·셀 공정기술 개발에 지속 노력을 다할 것”이라고 전했다.