박준우 박사팀, 고체 전해질 제조비용 1/10 대폭 절감하는 ‘특수 습식합성법’ 개발
기존 리튬이온전지 양극과 동일한 생산라인을 활용한 ‘고체 전해질 최적 함침 기술’도 선보여

[한국에너지] 전기차 분야 차세대 전지로 손꼽히는 ‘전고체전지용 고체전해질’을 90% 이상 절감한 아주 저렴한 비용으로 대량생산할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국전기연구원(KERI, 원장 최규하) 차세대전지연구센터 박준우 박사팀은 최근 3년간 자체 정부출연금사업(과제명: 고에너지밀도 리튬전고체전지용 고체전해질 기반 원천소재기술 개발, 연구책임자: 이상민 차세대전지연구센터장, 연구기간: 2017.01~2019.12)을 통해 전고체전지의 핵심 구성요소인 ‘고체 전해질’을 현존 가격대비 1/10 수준의 비용으로 제조할 수 있는 ‘특수 습식합성법’과 전고체전지의 대량생산을 가능하게 하는 ‘고체전해질 최적 함침(함침 : 화학물질을 다른 물질에 침투 혹은 스며들게 하는 과정)기술’을 개발했다고 밝혔다.

전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 기존 가연성의 액체에서 고체로 대체한 전지다. 고체 전해질을 사용하기 때문에 화재의 위험이 없고, 온도 변화나 외부 충격을 막기 위한 안전장치 및 분리막이 따로 필요하지 않아 전지의 고용량화, 소형화, 형태 다변화 등 사용 목적에 따라 다양하게 활용이 가능한 차세대 유망 기술로 손꼽힌다.

고체 전해질을 제조하는 방법은 고에너지 볼밀링 공정을 통한 ‘건식합성법’과 화학반응을 활용하는 ‘습식합성법’이 있다.

습식합성법은 건식합성법과 비교했을 때, 복잡한 공정 없이 고체 전해질을 대량으로 생산할 수 있어 많이 활용되고 있지만, 결과물의 이온 전도도가 상대적으로 낮다는 단점이 존재했다.

이번에 KERI가 개발한 성과는 독자적으로 개발한 고체전해질 합성법은 낮은 순도의 저렴한 원료(출발물질)로도 성능이 뛰어난 고체 전해질을 대량생산할 수 있는 ‘특수 습식합성법’ 기술이다.

연구팀은 최적의 합성을 가능하게 하는 첨가제를 통해 간단한 공정으로 대량생산이 가능한 습식만의 장점과, 높은 이온 전도도를 가진 고체 전해질을 만들 수 있는 건식만의 장점을 모두 확보할 수 있는 제조 공정을 실현했다.

무엇보다 기존의 고체 전해질 합성법은 건식과 습식에 상관없이 모두 비싼 고순도의 원료를 활용해야만 했는데, KERI가 개발한 특수 습식합성법을 활용하면 기존 고순도 원료 대비 1/10 수준 가격인 저순도 원료로도 높은 이온 전도도를 가진 좋은 성능의 고체 전해질을 대량으로 생산할 수 있다.

이와 더불어 KERI는 전고체전지용 양극의 대면적 생산과 생산비용 절감을 가능하게 하는 ‘고체전해질 최적 함침 기술’도 개발했다. 양극은 전지의 용량을 결정하는 핵심 구성요소 중 하나다.

그동안 전고체전지를 만들기 위해 고체 전해질을 용매에 녹여 전극에 스며들게 하는 방법을 연구해 왔지만, 녹인 용액의 점도가 높아 충분한 양의 고체 전해질 용액이 함침되기 어려웠다.

이에 연구팀은 최적화된 함침 공정 설계를 통해 고체 전해질을 양극에 균일하게 분산하는 기술을 개발하는데 성공했고, 이를 통해 낮은 비율의 고체 전해질만으로도 활물질(활물질 : 리튬이온을 흡수 및 방출하면서 전기를 저장하거나 생성하는 소재)을 많이 포함하여 높은 에너지밀도를 가진 전고체전지용 양극을 제조할 수 있었다.

해당 기술의 최대 장점은 액체 전해질 기반 리튬이온전지 양극을 제작하던 기존의 생산라인을 거의 그대로 활용할 수 있다는 점이다.

이를 통해 기존 리튬이온전지 제조사들도 함침을 하는 공정파트의 설비 일부만 구축하면 쉽게 전고체전지를 대량생산할 수 있게 된다.

관련 연구결과는 우수성을 인정받아 세계최고의 과학전문지 ‘네이처’의 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 최근 게재되기도 했다.

핵심 개발자인 박준우 박사는 “KERI 특수 습식합성법은 비싼 원료와 복잡한 고에너지 공정방식이 없어도 높은 수득률(수득률 : 화학 반응을 통해 기대하는 결과물을 100으로 보았을 때 실제로 얻은 물질의 양의 비율 즉 일종의 효율성 지표)로 고체 전해질을 제조할 수 있는 획기적인 제조 기술이고, 함침 기술은 기업에서 비싼 비용을 들일 필요 없이 기존 생산라인을 활용해 쉽고 간단하게 전고체전지를 대량생산할 수 있는 최적의 공정 기술이다”고 밝혔다.

출처: 한국에너지(www.koenergy.co.kr/news/articleView.html?idxno=110082)

중소기업이 ‘꿈의 배터리’라 불리는 전고체 배터리 양산체제를 구축했다. 전고체 배터리는 전기자동차(EV)·에너지저장장치(ESS) 등 미래 에너지산업을 이끌 혁신제품으로 평가받고 있다.

부품소재 전문 기업 티디엘(대표 김유신)은 이달부터 광주·전남 공동혁신도시(전남 나주) 에너지밸리 전용공장에서 파우치 타입 ESS전용 전고체 배터리를 연간 80메가와트(㎿) 규모로 양산할 수 있는 생산라인을 갖췄다고 13일 밝혔다.

지난 2008년 고체산화물연료전지(SOFC) 제조를 시작한 이 회사는 2012년부터 올해까지 한국생산기술연구원으로부터 총 3차례 전해질 합성과 배터리 제조, 양극복합화 기술을 이전받아 전고체 배터리 생산기술을 완성했다. 산업은행과 포스코에서 72억원의 투자금을 유치해 나주혁신도시 에너지밸리 2600㎡ 부지에 전고체 배터리 생산라인을 구축했다.

전고체 배터리는 기존 리튬이온전지 유기전해액을 불연성 고체전해질로 바꾼 차세대 이차전지다. 발화 가능성은 낮은 반면 에너지 밀도가 높고 대용량 구현이 가능하다. 중대형 전지 시장이 성장하면서 전고체리튬이차전지가 주목받고 있다.

티디엘은 낮은 제조원가와 고품질을 보장할 수 있는 테일러 연속공법 특허기술로 전고체 전해질을 합성하고 이를 시트화하는 기술을 확보했다. 산화물계 고체 전해질의 약점인 소결온도를 일정부분까지 낮추고 계면저항·덴드라이트(무기 침전물)등 황화물계 고체 전해질이 지닌 단점도 극복했다. 다양한 용도의 배터리를 설계·제조해 시장에 대응할 수 있는 체제도 갖췄다.

이 회사는 전남나주강소특구지정 실증특례 제도를 이용, ESS 패키징업체를 통해 한국전력과 지자체에 ESS용 전고체 배터리를 우선 공급하고 있다. 또 고온·고압의 안정적인 방산용 배터리 남품도 추진중이다. 내년 9월 코스닥 예비상장심사를 청구하고 향후 3년내 EV용 모델도 출시할 계획이다.

김유신 대표는 “ESS용 양산과 EV용 모델 고도화를 병행해 전고체 배터리의 조기 시장 진입이 가능하다는 확신을 갖고 있다”며 “국내는 물론 세계 시장에서 차세대 배터리를 선도할 수 있도록 하겠다”고 말했다.

출처 : 첨단넷(http://www.chum-dan.net)

동화기업이 136억원을 투입해 인천 북성동에 중앙연구소를 설립한다고 13일 밝혔다.

중앙연구소는 인천 북성동에 들어선다. 연면적 약 5000㎡(약 1,500평) 규모에 지하 1층, 지상 4층 건물이 세워진다. 내년 4월에 준공을 시작, 2022년 5월 완공이 목표다.

동화기업 관계자는 "사업 분야별로 분산되어 있던 연구 인프라를 통합해 새로운 경쟁력을 지속 발굴하기 위해 중앙연구소를 설립하기로 했다"며 "공동 연구와 기술 공유를 기반으로 주력 사업인 보드 사업과 차세대 동력인 화학 사업 간 한 시너지 효과를 기대하고 있다"고 말했다.

중앙연구소에서는 전기차 배터리(2차전지)용 전해액, 정밀화학, 표면재, 보드 연구 인력이 한 데 모여 연구개발(R&D) 활동을 전개한다. 특히 전고체 배터리용 전해액과 전해액 핵심 첨가제의 지식재산권 확보를 위한 연구도 진행한다. 동화기업은 전고체 배터리용 전해액 연구 국책 과제를 지난해부터 이어오고 있다.

김정수 동화기업 중앙연구소 상무는 "중앙연구소 설립으로 연구 인프라를 한 곳으로 밀집해 우수 기술을 확보하고 국내는 물론 베트남, 말레이시아, 핀란드 등 해외 사업장까지 적극 지원할 계획"이라고 말했다.

biz.chosun.com/site/data/html_dir/2020/10/13/2020101300908.html

세븐킹에너지 최대주주로…폭발 않는 전고체 배터리 연구개발

[아이뉴스24 김종성 기자] 디스플레이·반도체 소재 기업 덕산테코피아가 2차전지 전고체 배터리 연구개발 업체 세븐킹에너지를 인수, 2차전지 사업 진출에 박차를 가하고 있다.

27일 금융감독원 전자공시시스템에 따르면 덕산테코피아는 지난 24일 이사회를 열어 세븐킹에너지 지분 54.43%(24만1천500주)를 취득하기로 결정했다. 인수금액은 50억원으로, 세븐킹에너지의 구주 인수와 주주배정 유상증자를 통한 신주를 인수해 최대주주로 올라선다.

지난 2016년 설립된 세븐킹에너지는 전고체 배터리, 세라믹, 유기2차전지를 개발하고 있다. 특히 세라믹 전고체를 활용해 안정성이 높아 폭발하지 않는 배터리 개발에 주력하고 있다.

스마트폰과 노트북 등에 널리 쓰이는 리튬이온 배터리는 리튬을 포함한 액체 형태의 전해질을 쓴다. 전해질을 따라 이온이 이동하면서 전기 에너지가 발생하는데, 리튬은 불안정한 원소여서 충격을 주거나 용기가 파손돼 공기 중 수분과 반응하면 불이 붙으면서 폭발할 위험이 크다.

그러나 전고체 배터리는 리튬 대신 세라믹과 같은 고체 전해질을 이용하기 때문에 충격을 줘도 폭발이 일어나지 않는다. 때문에 전문가들 사이에서는 세라믹을 활용한 전고체 배터리를 '꿈의 배터리' 후보로 꼽기도 한다. 그러나 아직까지 리튬이온 배터리에 비해 용량이 크지 않고 수명이 짧아 효율성이 떨어지는 것이 문제다.

세븐킹에너지는 고온이나 물리적 충격에도 쉽게 폭발하지 않는 고체 배터리 특유의 장점을 활용해 전기자동차 배터리 진출을 모색하고 있다.

세븐킹에너지는 기업설명 자료 등을 통해 "당사가 개발중인 배터리는 전극일체형 무분리막 특허 구조로 인해 배터리 외관을 다양한 형태로 변형이 가능하고, 고체전해질 두께를 2분의 1 이하로 줄일 수 있어 높은 에너지밀도를 구현할 수 있다"고 설명하고 있다.

현재 세븐킹에너지는 리튬 배터리 장비 제작업체와 협업을 통해 세계 최초 무분리막 일체형 극판 제작과 조립공정 간소화 기술도 개발중인 것으로 알려졌다.

덕산테코피아는 OLED용 소재 중간체와 본도체용 프리커서(전구체) 제조가 주요 사업이다. 2분기 말 기준 사업부별 매출비중은 정제화학 부문이 55%, 반도체 45%다.

덕산테코피아가 세븐킹에너지를 인수한 것은 2차전지 시장 진출을 통한 사업다각화 차원이다. 덕산테코피아는 기존에도 2차전지 전해액 첨가제를 자체적으로 투자, 연구개발해 왔다. 현재 자동차용 2차전지 전해액 첨가제 합성과 고순도 정제화가 완료된 단계로, 상품화도 추진 중이다.

덕산테코피아가 꾸준히 R&D를 통해 2차전지 시장 진출의 기회를 모색해 왔던 만큼 장기적 관점에서 세븐킹에너지에 투자한 것으로 풀이된다.

덕산테코피아는 "신규사업 진출과 사업 다각화에 따른 성장동력 확보를 위해 세븐킹에너지를 인수했다"고 설명했다.

김종성기자 stare@inews24.com