고려대, 이차전지 음극재 성능·수명 개선 연구 성과

왼쪽부터 승호 고려대 교수, 이반석 고려대 석사졸업, 오상환 고려대 석박통합과정, 최윤정 고려대 석박통합과정(사진=고려대)

[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구진이 이차전지 음극재의 성능·수명을 개선할 기술을 개발했다.

고려대는 유승호 화공생명공학과 교수팀이 이러한 연구 성과를 얻었다고 12일 밝혔다. 이번 연구에는 이반석 고려대 석사, 오상환 고려대 석박통합과정생, 최윤정 고려대 석박통합과정생이 참여했다. 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구자사업과 LG에너지솔루션의의 연구 지원을 받아 수행됐으며, 연구결과는 저명 국제학술지(Nature Communications) 1월 11일자로 게재됐다.

음극재는 전기차 등에 쓰이는 이차전지 소재 중 하나다. 리튬 이온 이차전지의 에너지 밀도를 높이려면 기존의 흑연 음극재를 대체할 기술이 필요하다. 현재는 실리콘 음극재가 흑연을 대체할 후보로 거론되고 있다. 하지만 실리콘만으로 음극재를 구성하면 충·방전 과정에서 심각한 부피 변화가 발생, 전지의 수명을 단축시키게 된다.

연구팀은 이런 한계를 보완하면서도 에너지 밀도가 높은 흑연·실리콘옥사이드(SiO) 혼합 전극에 주목했다. 전기화학적 분석을 통해 고온에 저장된 흑연·SiO의 용량 저하 현상을 확인, 이런 용량 저하가 리튬 손실에서 기인한 것이란 점을 이번 연구로 규명했다. 또 SiO에 의해 흑연의 리튬 손실현상이 고온 저장 중에 가속화되는 것을 확인했다. 이번 연구로 흑연·SiO 혼합 전극을 이용한 이차전지의 저장 노화 메커니즘을 밝혀낸 것.

유승호 교수는 “이번 연구에서 제시된 고온 저장 메커니즘을 통해 리튬 이온 이차전지 음극 노화 현상을 해결할 열쇠를 찾았다”며 “고에너지 밀도를 가지는 흑연·SiO 혼합 음극의 설계·상용화에 기여할 연구 결과”라고 설명했다.