한국에너지기술연구원은 울산차세대전지연구개발센터 진우영, 차형연 연구팀이 차세대 전기차 배터리의 핵심 소재인 하이 니켈 양극재의 난제를 해결했다고 22일 밝혔다.

연구진은 잔류 리튬이 양극재 내부의 입자 사이에도 존재한다는 사실을 최초로 확인했다. 이를 통해 기존에 간과된 양극재 내부 구조가 배터리 성능과 수명 저하의 주요 요인 중 하나임을 규명하고 잔류 리튬 형성을 원천적으로 억제할 수 있는 설계 방향을 제안했다.

특히 연구진은 고해상도 전자현미경, 질소 흡착 분석, 전자 에너지 손실 분광 등 최첨단 분석 기법을 활용해 양극재를 정밀 분석하고 입자 간의 미세한 틈에 잔류 리튬 화합물이 결정질 형태로 존재하며 성능 저하의 주된 원인 중 하나임을 확인했다. 이 결과를 토대로 양극재 내부의 잔류 리튬 형성 억제를 위한 단결정 구조의 고니켈 양극재의 활용을 제안했다.

특히 연구진은 고니켈 단결정 양극재를 활용할 경우 기존 양극재보다 잔류 리튬 수치를 54% 낮출 수 있어 산업계와 학계의 목표인 잔류 리튬 화합물 2000ppm 이하 달성에 기여할 수 있을 것으로 전망했다.

연구팀 관계자는 “이번 연구는 기존에 표면 중심으로 접근해 왔던 잔류 리튬 문제를 입자 내부 구조까지 확장해 정밀 분석한 최초의 사례”라며 “고니켈 양극재의 구조 안정성과 성능 열화를 근본적으로 이해하는 데 중요한 전환점을 제공한 것으로 양극재 설계와 공정에 반영되면 향후 고에너지 밀도 리튬 이온 배터리 시장 확대에 큰 역할을 할 것”이라고 말했다.

이재영 기자 now@ggilbo.com