그래핀 코팅이 배터리 성능향상에 미치는 영향

 

그래핀 코팅으로 실리콘 사용이 좀 더 자유로워질까?

 

한국전기연구원이 개발한 리튬 이온전지 음극재 제조기술이 주목받고 있습니다.

리튬 이온 전지는 음극재 와 양극재 분리막으로 구성되는데, 음극재 소재로 흑연만 사용되다 최근 실리콘이 크게 주목 받고 있습니다

 

음극재 대량 제조기술은 KERI 전기재료연구본부 소속의 나노융합연구센터 이건웅·정승열 박사팀, 차세대전지연구센터 김익준·양선혜 박사팀이 공동으로 개발하였습니다. 이들은 10년 이상 그래핀 연구에 매진해 왔으며, 특화된 산화·환원 공정을 기반으로 높은 결정성과 전기 전도성을 가지는 ‘산화/환원 그래핀(GO, rGO)’ 제조기술을 개발했다고 밝혔습니다.

이를 효과적으로 분산해 다른 물질과의 결합을 용이하게 할 수 있는 고농도 페이스트 형태의 ‘그래핀 수계 분산 기술’도 함께 개발하여 기존 리튬이차전지용 활물질 제조공정과 접목시켜 상용화까지 이어질 수 있는 대량제조 공정기술까지 확보한 것입니다.

실리콘-그래핀 복합 음극재 분말 <출처: 한국전기연구원>

 

실리콘은 흑연보다 에너지 밀도가 10배나 높고, 충전 속도가 빠르지만 충전 과정에서 부피가 커지고 입자가 부서지는 단점으로 음극재 재료로 5% 정도만 사용되는 한계가 있습니다.

이 문제 해결을 위해 흑연의 표면층을 한겹만 벗겨낸 그래핀으로 실리콘을 코팅을 하였습니다.

그래핀을 다른 물질과 결합이 쉽도록 액체나 공도 페이스트 상태로도 만들어 실리콘 첨가량을 20%까지 올린 겁니다.

저렴한 실리콘도 쓸 수 있어 가격 경쟁력도 높이고 전기차의 주행거리 또한 20% 가량 늘릴 수 있습니다.

 

전 세계 실리콘음극재 시장은 해마다 70% 이상 성장할 것으로 전망되고 있습니다.

전기 연구원은 시제품을 제작해 국내외 특허등록을 마쳤고 최근 한 소재 기업에 관련 기술을 11억원에 이전한 상태입니다. 

▲ 실리콘/그래핀 복합 음극재 기반 시제품 ‘파우치형 풀 셀(Full Cell)’ 출처 : 테크월드뉴스(http://www.epnc.co.kr)