국내 연구진이 세계 최초로 불소화황산화물계 첨가제 개발에 성공했다. 고안전성 리튬 이차전지 구현과 전기자동차 화재위험 극복에 큰 도움이 될 전망이다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 기존 난연제로 널리 알려진 인산계 난연제 '트리페닐포스페이트(TPP)'보다 난연 특성과 안정성, 셀 성능이 크게 개선된 불소화황산화계 난연 첨가제를 개발했다고 20일 밝혔다.
리튬 이차전지 전해질 첨가제는 전해질에 소량 첨가하는 물질이다. 전기화학적 안정성과 이차전지의 성능을 높이는 핵심 물질이다. 발화 가능성에 대비한다. 기존 인산계 난연 첨가제는 화염 지연 특성은 있으나 많은 양을 투입해야 한다. 전극과 전해질 간 계면 저항이 증가하는 문제도 있다. 이는 성능과 수명 감소 원인이 된다.
ETRI 연구진은 처음으로 불소화황산화물계 난연 첨가제를 합성, 기존 단점을 개선했다. 개발된 난연 첨가제 성능을 검증한 결과 기존 대비 난연 특성은 2.3배, 이차전지 성능은 160% 향상된 우수한 결과를 확인했다. 전극과 전해질 사이 계면반응이 최소화돼 계면 저항이 많이 감소했다.
이번 불소화황산물화계 난연 첨가제는 기존 리튬 이차전지 생산 공정에서 별도 공정변화 없이 개발한 첨가제를 소량만 첨가해도 활용할 수 있어 상용화가 쉽다는 장점도 있다.
이 성과는 영국 왕립화학회가 발행하는 '재료화학저널A' 최신호에 게재돼 우수성을 입증받았다.
ETRI 연구진은 향후 난연 첨가제 소재를 흑연 전극 및 실리콘 전극 음극 소재로 적용하는 연구를 더 진행할 예정이다.
오지민 ETRI 지능형센서연구실 선임연구원은 “기존 인산계 첨가제 한계를 극복하고 새로운 난연 첨가제 연구를 통해 안전한 리튬 이차전지를 구현하고 싶었다”며 “향후 불소화황산화물계 난연 첨가제 상용화 및 이를 통한 소재·부품·장비 기술 자립화에 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 및 한국연구재단 국가핵심소재연구단의 '리튬이차전지용 고성능 다기능 전해질 및 첨가제 특성 향상기술 개발' 과제 지원으로 수행됐다. ETRI를 중심으로 울산과학기술원(UNIST), 엔켐 등이 참여해 성과를 이뤄냈다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
