LG에너지솔루션과 포항공과대학교(포스텍), 성균관대학교가 공동연구를 통해 리튬이온전지의 저온 성능과 열 안전성을 동시에 개선할 수 있는 전해질 핵심 기술을 개발했다.

20일 LG에너지솔루션에 따르면 연구팀은 영하 20도의 환경에서도 기존 전해질 대비 월등한 87%의 용량을 유지하고, 열 폭주를 90% 이상 억제할 수 있는 전해질 기술 개발에 성공했다.

연구팀은 ‘알릴 트리메틸 포스포늄’(ATP) 계열 이온성 화합물을 활용했다. 이온성 화합물은 전해질 내에서 이온을 이동시켜 전류를 흐르게 하는 역할을 한다. 이 가운데 ATP 계열 이온성 화합물은 전해질의 동결점을 낮추고 계면 반응을 조절하는 다기능성 소재로 주목받고 있다.

연구팀은 이 물질을 전해질 내에 도입함으로써 리튬이온전지의 성능 저하 주요 원인인 저온 이온 이동 저하와 계면 불안정성을 동시에 개선하는 데 성공했다고 밝혔다.

실제 이 기술이 적용된 배터리 셀이 영하 20도 악조건에서 100회 충·방전 후 87%의 높은 용량 유지율을 달성하며 저온 환경에서 월등한 성능을 입증했다고 연구팀은 설명했다. 보통 배터리 셀의 경우 같은 조건에서 10% 안팎의 용량을 유지하는 것이 일반적이다. 연구팀은 또 동일한 ATP 계열 이온성 화합물을 고용량 실리콘 음극 전지에 적용해 열 폭주를 90% 이상 억제하는 등 전지의 열 안전성을 획기적으로 끌어올렸다고 밝혔다.

해당 기술은 향후 극저온 환경에서 작동해야 하는 특수 목적 배터리나 고용량 실리콘 음극을 적용한 차세대 배터리 등 폭넓은 분야에 활용될 것으로 기대된다.

이 연구 결과는 에너지 분야 최고 권위 학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’, ‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 에이’에 게재됐다.

LG에너지솔루션 관계자는 “이번 연구는 하나의 이온성 화합물 플랫폼으로 성능과 안전성이라는 상충된 요구를 동시에 충족시킨 혁신적 사례”라며 “ATP 기반 전해질 기술은 전기차뿐 아니라 항공·우주, 극저온 환경용 배터리 등 다양한 분야에서 새로운 고객가치를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.