초기 리튬 손실 줄이고 고속 충전 안정성 확보

조선대학교와 충남대학교 공동연구팀이 리튬이온전지의 효율성과 내구성을 개선할 수 있는 기술을 개발했다.

1일 조선대에 따르면 생명화학공학과 이정수 교수와 충남대 송우진·임종철 교수팀이 전기차·스마트폰 등에 활용되는 리튬이온전지의 초기 비가역적 용량 손실을 개선할 수 있는 계면 제어 기반의 신소재 기술을 개발했다.

연구팀은 흑연 음극의 표면 구조를 정교하게 조절한 뒤, 특수 물질인 이온성 액체(Ionic Liquid)를 결합해, 초기 리튬 손실과 전류 흐름을 방해하는 내부 저항을 효과적으로 줄이는 데 성공했다.

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특히 배터리를 처음 사용할 때 발생하는 리튬 손실을 줄이고 전류 흐름을 방해하는 내부 저항도 감소시켜 배터리의 전체 성능을 향상하는 데 성공했다.

연구팀은 흑연 가장자리에 ‘4-브로모벤조산’이라는 화학물질을 도입한 뒤 이온성 액체 전구체를 공유 결합 형태로 적용해 불필요한 반응과 저항을 효과적으로 억제했다.

그 결과, 흑연 표면에 얇고 균일한 고체전해질계면층(SEI)이 형성되면서, 반복 충·방전 시 성능 저하가 적고 고속 충·방전 상황에서도 높은 안정성을 유지하는 것으로 확인됐다.

연구팀은 “이번 기술은 전기차 주행 거리 확대, 스마트폰 배터리 수명 연장 등 실용화 가능성이 높다”며 “국내 배터리 산업의 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

개질된 흑연 표면에서의 고체전해질계면층 형성 메커니즘 모식도. 조선대 제공