"실리콘음극 리튬 손실 방지기술 개발…리튬전지 용량 25% 향상"
"실리콘음극 리튬 손실 방지기술 개발…리튬전지 용량 25% 향상"
  • 이미희
    이미희
  • 승인 2020.06.02 15:23
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KIST 이민아 박사 "고환원성 사전리튬화 용액으로 실리콘 음극 전처리"

국내 연구진이 리튬이온전지의 충전용량 대형화에 한계가 있는 흑연계 음극을 대체할 소재로 주목받는 실리콘 기반 음극의 리튬이온 손실을 막는 기술을 개발, 리튬이온전지의 충전용량을 25% 높이는 데 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 2일 연구원 청정신기술연구소 에너지저장연구단 이민아 박사팀과 에너지소재연구단 홍지현 박사 연구팀이 분자구조 설계 방식으로 높은 환원성을 갖는 '사전 리튬화'(prelithiation) 용액을 개발, 실리콘계 음극 상용화에 걸림돌이 돼온 초기 리튬이온 손실 현상을 막는 데 성공했다고 밝혔다.

리튬이온전지는 각종 모바일 기기는 물론 전기자동차 등에 널리 사용되지만 음극 소재인 흑연의 리튬이온 저장능력이 떨어져 충전용량을 늘리는 데 한계가 있다.

이에 대한 해법으로 리튬이온 저장능력이 흑연의 4배 이상인 실리콘을 음극 소재로 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나 실리콘계 음극은 흑연계 음극보다 용량은 크지만 처음 충전할 때 리튬이온이 20% 이상이 화학반응 등으로 손실되고 내구성이 떨어지는 단점이 있다. 흑연계 음극의 첫 충전 때 리튬이온 손실률은 10% 이하다.

리튬이온 손실 해결방안으로 '사전 리튬화' 기술이 연구되고 있다. 사전 리튬화는 배터리 조립 전에 음극에 리튬을 삽입, 첫 충전 때 손실되는 리튬을 보충하도록 하는 것이다.

기존에는 사전 리튬화에 리튬 분말을 활용하는 방안이 제시됐지만 공정비용이 비싸고 화재 위험이 있어 상용화에 이르지 못하고 있다.

 

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