한국전기연구원(KERI, 원장 직무대리 김남균) 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 개발한 ‘저온 소결형 고체전해질 분말 제조 및 시트화 기술’이 전문기업체에 기술 이전돼 전고체전지 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다.

전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 액체가 아닌 고체로 대체한 차세대 배터리로 불연성 고체 사용으로 화재위험이 없고, 냉각장치 등이 별도로 필요치 않아 전지의 고용량화, 소형화, 형태 다변화 등 사용목적에 따라 다양하게 활용이 가능한 차세대 유망기술이다.

이번 전기연구원의 성과는 저온에서 양질의 고체 전해질을 손상 없이 제조해 극판과 멤브레인에 최적 적용할 수 있는 기술이라는 점이다.

하윤철 박사팀은 자체 개발한 ‘중간재(리튬-인-황화물, 리튬-할로겐화합물) 활용 습식 밀링 공정’을 기반으로 200도 이하 낮은 결정화 온도에서 기존 방식(500도 이상 열처리)의 결과물과 대등한 수준의 이온전도성을 지니는 고체전해질 제조기술을 개발할 수 있었다.

열처리 온도를 200도 이하로 낮출 수 있다는 것은 새로운 전극(혹은 멤브레인) 제조공정 개발로 이어진다.

계면 저항이 크게 발생하는 기존의 과정과는 달리 이번에 개발한 공정에서는 고체전해질과 각종 물질(바인더, 도전재, 활물질 등)을 섞어 시트화해 전극을 만들고, 한 번에 열처리해 마무리할 수 있다.

이러한 습식 밀링 공정과 저온 소결 방식은 사용자의 활용목적(전극 제조용, 멤브레인 제조용 등)에 따라 고체전해질의 크기(입도)를 알맞게 제어·조절할 수 있게 해주며, 고체물질 간 계면 저항도 낮춰줘 제조공정에서 소요되는 에너지비용 절감효과도 크다.

이번 성과는 높은 기술력을 인정받아 이차전지 장비 전문기업인 ㈜하나기술에 기술 이전됐다.

하나기술은 이차전지 전 공정 턴키제작이 가능한 전문 장비업체로 최근에는 소재산업까지 사업 분야를 확장하고 있다.

이를 통해 핵심소재 기술과 제조장비 기술 모두를 확보해 전고체전지의 빠른 상용화에 기여한다는 목표다.

하나기술은 이번 전기연구원 기술 이전을 기반으로 전고체전지용 ‘고체전해질 시트 제조설비’와 ‘시트용 고제전해질 소재’를 내년 말까지 양산화 가능한 기술로 완성할 계획이다.

연구책임자인 하윤철 박사는 “우리 기술은 단순 고체전해질의 이온전도도 향상이나 대량생산에만 머물렀던 관점을 넘어, 전극 혹은 멤브레인 공정까지 고려했다는 측면에서 완성도와 실용성이 높은 성과”라고 말하고, “앞으로 ESS나 전기차 등 분야에서 성능 좋고 안전한 전고체전지의 상용화를 위한 소재·극판·셀 공정기술 개발에 지속적인 노력을 펼치겠다.”고 밝혔다.