경북대·KAIST, 전기차 배터리 충·방전 성능·수명 늘린 전극 개발

(대구=뉴스1) 남승렬 기자 = 전기차와 에너지저장장치(ESS)에 사용되는 리튬이온전지의 충·방전 성능과 수명을 높일 수 있는 전극 설계 기술이 개발됐다.

18일 경북대에 따르면 이 대학 스마트모빌리티공학과 오지민 교수팀이 KAIST(카이스트) 신소재공학과 홍승범 교수팀과 연구를 통해 니켈·코발트·망간(NCM) 양극의 성능 저하 원인을 분석하고, 레이저 표면 구조화와 전극 압착 공정을 결합한 새로운 전극 제조 전략을 개발했다.

배터리의 양극재로 널리 쓰이는 NCM 양극은 에너지밀도가 높아 전기차 주행거리를 늘리는 데 유리하다. 그러나 배터리 용량을 높이기 위해 전극을 강하게 압착하면, 배터리 내부 공간이 좁아져 리튬 이온의 이동이 제한되고 내부 저항이 증가해 출력과 수명이 떨어진다.

연구팀은 압착 공정에 정밀 레이저 표면 구조화 기술을 적용해 이 문제를 해결했다.

레이저로 전극 표면에 주기적인 미세 구조를 형성해 리튬 이온이 원활하게 이동할 수 있는 경로를 효과적으로 제어하고, 전해질 침투성을 개선한 것이다.

연구팀 분석 결과 최적화된 레이저 구조를 적용한 전극은 기존 압착 전극 대비 계면 저항 증가를 56% 억제했으며, 빠른 충·방전 조건에서 우수한 용량 유지 특성을 나타냈다.

또 충·방전 과정에서 형성되는 계면층(CEI)이 더 안정적으로 유지되면서 니켈 용출이 30% 감소한 것을 확인했다.

오지민 교수는 "전극 제조 공정을 단순한 생산 단계가 아닌 전지 성능을 결정하는 핵심 설계 변수로 활용할 수 있음을 보여준 사례"라며 "전기차, 드론, 로봇, 에너지저장장치(ESS) 등 차세대 모빌리티와 에너지 산업 전반에서 고성능 리튬전지 개발을 위한 핵심 제조 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

pdnamsy@news1.kr