국내 연구팀이 리튬이차전지용 고성능 양극바인더 소재를 개발했다. 17일 한국연구재단에 따르면 충남대 송승완 교수와 금오공대 정현민 교수 공동연구팀은 고전압 고용량 양극 소재용 새로운 바인더 소재를 개발해 리튬 이차전지의 에너지밀도를 향상하는 데 성공했다. 이번 연구 성과는 국제학술지인 어드밴스드 펑셔널 메트리얼즈에 지난 10일 자 논문으로 게재됐다.

바인더는 리튬 이차전지에 사용하는 중요 고분자 소재로 전극을 물리적으로 안정화하는 역할을 한다. 바인더로 사용되는 고분자 물질은 유기계 전해질과 화학적·화학적 거부 반응이 없어야 하고 동시에 안정적인 접착 특성을 유지해야 한다.

최근 전기자동차 개발과 상용화가 활발해지면서 상용 전지보다 긴 주행거리를 낼 수 있는 고에너지밀도 이차전지의 필요성이 부각되고 있다. 이를 위해선 현재 상용 양극 소재로 주로 사용하는 리튬코발트산화물(LiCoO2)·니켈코발트망간(NCM)보다 더 높은 용량의 양극 소재가 필요하다.

차세대 양극 소재로 주목받는 과리튬(Li-rich) 산화물은 리튬코발트산화물보다 두 배 정도의 에너지 용량을 낼 수 있지만 충전전압을 4.4V 이상 높여야 고용량을 획득할 수 있는 데 이럴 경우 이차전지 내 열이 발생, 바인더의 접착력이 약해져 전지 성능이 빠르게 퇴화하는 문제점이 있다.

연구팀은 고전압과 고온 조건에서도 별도의 전해질 첨가제를 사용하지 않고도 안정적인 접착력을 유지하는 불소화 폴리이미드 바인더 소재를 개발해 기존 리튬코발트산화물보다 두 배 높은 용량과 안정적인 충·방전 성능을 획득했다. 이 연구에서 개발한 불소화 폴리이미드 바인더 소재는 4.7V의 높은 충전 전압과 55도의 고온 조건에서도 강한 접착력을 유지했으며 과리튬산화물 양극과의 컴비네이션만으로 안정된 고에너지밀도의 리튬이온전지를 구현했다.

충전 전압을 높이면 전해질이 산화 분해되고 양극과 전해질 사이 계면이 불안정해지는 종전의 바인더와 달리 연구팀이 개발한 불소화 폴리이미드 바인더는 양극에 표면 보호층을 형성해 계면안정화를 위한 별도의 전해질 첨가제가 필요 없다.

강정의 기자 justice@ggilbo.com