"실리콘음극 리튬 손실 방지기술 개발…리튬전지 용량 25% 향상"

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.