한양대 ERICA 방진호 교수팀, 차세대 배터리 양극재 원천기술 개발

한양대학교 ERICA 방진호 교수 연구팀이 차세대 배터리 소재로 주목받는 ‘미드 니켈 양극재’의 용량과 안정성을 동시에 높일 수 있는 전구체 설계 원천 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

최근 배터리 시장은 니켈과 코발트의 높은 가격 문제를 해결하기 위해 경제적인 미드 니켈 양극재에 주목하고 있다. 이에 연구팀은 한계 용량을 끌어올리기 위해 ‘리튬 과잉’ 설계 전략을 도입했으나, 충·방전 시 발생하는 산소 방출과 전압 강하가 상용화의 걸림돌이었다.


방 교수팀은 배터리 합성 초기 단계인 전구체의 건조 환경이 최종 성능을 결정짓는 핵심 변수임을 세계 최초로 규명하며 이 문제를 해결했다.

연구 결과에 따르면 산소가 있는 대기에서 건조된 전구체는 핵심 성분이 표면에만 집중돼 성능 붕괴를 일으켰다. 반면 무산소 환경에서 건조된 전구체는 내부 구조가 균일하게 유지돼 산소 가역성을 높이고 계면 부반응을 억제했다. 실제 배터리 성능 평가에서도 무산소 환경에서 합성된 양극재는 장기 충·방전 후에도 뛰어난 용량 유지율과 안정성을 입증했다.

방 교수는 “전구체의 망간 산화 상태 제어라는 새로운 엔지니어링 원칙을 확립했다”며 “향후 차세대 고용량 배터리 전반에 범용적으로 적용될 수 있는 강력한 소재 설계 기반이 될 것”이라고 밝혔다.



박영주 기자