한국전기연구원(KERI, 원장 명성호) 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 개발한 ‘황화물계 전고체전지용 고체전해질 공침 제조기술’이 국내 전기·전자 재료분야 전문업체인 대주전자재료(주)(대표 임일지)에 기술이전됐다.

황화물계 고체전해질은 이온 전도도가 높고 연성이 커서 극판과 분리막 제조가 쉽다는 장점이 있으나 주원료인 황화리튬(Li2S) 가격이 비싸고, 다른 원료와의 혼합공정에 높은 에너지가 드는 ‘볼밀법’을 사용하는 단점이 있다.

이 같은 이유로 결과물도 소량생산에 그치고 있을 뿐만 아니라 100g당 가격이 수백만 원에 달했다.

이러한 문제를 해결하는 전기연구원의 기술은 고가의 황화리튬을 사용하지 않고, ‘공침법’이라는 간단한 용액합성 과정만으로 황화물계 고체전해질을 저가로 대량생산하는 세계 최초의 성과다.

공침법은 여러 가지 서로 다른 이온들을 수용액 또는 비수용액에서 동시에 침전시키는 방법으로 리튬이차전지용 양극 소재를 대량생산하는 산업현장에서 가장 많이 사용된다.

연구팀은 지속적인 노력을 통해 리튬과 황, 인, 할로겐 원소 등을 공침시키는 공정 방식을 개발했고, 이를 통해 기존의 비싼 황화리튬을 사용하던 방식과 동일한 수준의 고체전해질을 제조하는데 성공했다.

순수 원료비 기준으로 보면 전기연구원의 제조방식이 기존 대비 약 1/15 수준으로 저렴하고, 볼밀법과 같은 고비용·고에너지 공정을 거치지 않아도 된다는 점을 고려하면 비용절감 효과는 더욱 크다.

이번 성과는 높은 기술력을 인정받아 국내 굴지의 전기·전자 재료분야 및 리튬이차전지용 실리콘 음극재 전문업체인 대주전자재료에 기술이전 됐는데 대주전자재료는 이 기술을 이용해 2022년까지 제2공장 부지에 파일럿 생산시설을 구축하는 등 고체전해질 양산 제조시설에 대한 투자를 확대할 계획이다.

또 지난 9월 수주한 ‘소·부·장 강소기업100’ 과제를 통해 전고체전지용 리튬 금속 음극을 대체할 수 있는 다양한 실리콘 소재를 개발해 2025년 이후 개회될 전고체전지 시장을 선도할 계획이다.