본래 크기의 5∼15 %정도로 수축, 리튬 2차전지 폭발의 원인으로 작용했던 분리막 축소 현상을 획기적으로 개선할 수 있는 기술이 한국원자력연구원 연구진에 의해 개발됐다. 고용량, 고출력 특성을 가진 리튬 2차전지는 최근 하이브리드 자동차, 전기차 등으로 사용범위를 늘려가고 있으나 여전히 사고시 폭발 위험성 때문에 그간 사용을 꺼려왔다.
한국원자력연구원(원장 양명승) 정읍방사선과학연구소 노영창 박사팀은 현재 상용 리튬 2차전지 분리막 소재로 사용되는 폴리에틸렌에 다른 첨가물을 첨가한 뒤 전자선을 조사해 분리막의 전기 화학적 특성과 내열성을 획기적으로 향상시키는 데 성공했다고 17일 밝혔다.
노 박사팀은 폴리에틸렌에 나노 알루미나를 혼합해서 다공성 막을 제조한 뒤, 막 표면에 불소계 수지·나노 입자·가교제 혼합용액을 코팅해서 기공 구조의 고체 상태로 바꾼 후, 방사선의 일종인 전자선을 조사해 분리막을 만들었다. 새로 개발한 분리막은 리튬 2차전지 온도가 비정상적으로 상승할 경우에도 수축이 거의 일어나지 않고 원 상태를 유지, 화재와 폭발 등 사고를 방지할 수 있다.
리튬 2차전지는 양극, 음극과 두 극 사이를 나누는 분리막으로 구성돼 있는 데 단락(쇼트)이 발생해 갑작스럽게 높은 전류가 흐르거나 외부온도가 높아져 비정상적으로 전지온도가 크게 상승하면 분리막이 수축, 발화와 폭발현상이 발생한다.
비교 실험 결과, 기존의 폴리에틸렌계 분리막을 150℃의 전해액에 2분간 담가두면 원래 크기의 5∼15 % 크기로 대폭 수축돼 기능을 상실하는 반면 노 박사팀이 개발한 분리막은 같은 조건에서 원래 크기의 96∼98%를 유지하는 것으로 나타났다.
노영창 박사는 “새로 개발한 분리막을 이용해서 리튬 2차전지 시제품을 제조, 반복 충전한 결과, 전기화학적 특성도 기존 제품보다 우수한 것으로 나타났다”며 “공정이 추가돼 원가는 좀더 높아지겠지만 2차전지의 문제점인 폭발·화재 위험성을 크게 줄인 만큼 시장성은 충분하다”고 말했다.
한국원자력연구원은 관련 국내 특허 2건을 출원했으며, 국내 몇개 기업과 기술 이전에 대해 협의할 예정이다.
유형준기자 hjyoo@etnews.co.kr