리튬 이온 배터리 분리막에 대한 기본 지식

리튬이온배터리의 4대 주요 요소가 있습니다. 바로 양극재, 음극재, 전해질 그리고 분리막이 그것입니다. 배터리 제조원가에서 가장 큰 비중을 차지하는 양극재에 비하면 그다지 큰 비중이라고 할 수 없지만 분리막은 배터리의 안정성을 좌우하는 중요한 요소입니다.

배터리 셀 내부에는 양극과 음극이 존재합니다 양극과 음극이 물리적으로 접촉하게 되면 갑작스런 리튬이온의 이동으로 인한 주울열(joule)의 발생 되고 이로 인한 화재로 연결이 될 수 있습니다. 따라서 이런 사태를 맞고자 음극과 양극 사이에는 분리막이라는 필름으로 구분하게 됩니다. 그러나 분리막은 단순이 양극과 음극을 구분하는 격벽 역할 만 하는 것이 아니라 동시에 리튬이온이 이동할 수 있는 통로 역할을 합니다 이 두 가지 역할을 위해서 분리막은 얇을수록 양극과 음극 사이의 이혼이 이동하기 쉽기 때문에 얇으면서도 안정성을 유지해야 하는 특성이 필요하게 됩니다 양극과 음극 사이에 이혼의 이동이 용이하다는 것은 그만큼 배터리 출력이 높아지고 충전 시간이 짧아질 수 있다는 의미입니다. 그만큼 배터리의 안정뿐만 아니라 성능에도 관여하는 중요한 역할이라는 뜻입니다.

건식분리막(좌) / 습식분리막(우) 

일반적으로 분리막은 미세다공성 고분자 필름으로 주로 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 소재를 사용하여 생산하게 됩니다 생산시 생산 방법에 따라 크게 건식법과 습식법으로 나눌 수 있습니다 건식 법은 미세 다공성 필름 내에 존재하는 균열을 이용하여 제조 하는 방식이며 습식 법은 필름 내에 기포를 특정 분위기의 조건에서 추출하여 필름 내에 기포가 빠진 자리(다공성)를 이용하는 방법입니다.

고분자 필름은 사일로의 고분자 펠릿을 용융한뒤 커다란 드럼 롤로 밀어 시트 형태로 뽑아낸 뒤 양옆에서 부채꼴 모양으로 벌리며 필름의 폭을 확장시키는 공정을 적용하여 생산합니다. 

쉽게 말해 건식법은 필름 내에 존재하는 구조를 물리적으로 버려서 다공성 형태로 만드는 반면에 습식법은 필름 내에 공기 방울들을 빼내고 그 방울들이 위치 했던 공간들을 다공성으로 만드는 방법입니다.

 앞서 말한 것처럼 분리막은 배터리 안정성에 중요한 역할을 하는 부품입니다. 따라서 전기자동차용 리튬 이온 전지에서 요구되는 배터리의 특성은 특별하다고 말씀드릴 수 있습니다. 보통 전자기기 등에 사용되는 것과 달리 고신뢰성을 요구하는 자동차용 리튬배터리의 경우 150도 정도의 온도에 노출되는 환경에서도 전지의 안정성을 확보해야하는 내열특성이 요구됩니다. 이를 해결하기 위해 분리막 표면에 세라믹 입자와 고분자 바인더를 코팅한 제품이 개발되어 사용되고 있는데요. 대표적인 것이 LG화학에서 개발한 안전성 강화 분리막(SRS Safety Reinforced Separator) 이라고 하겠습니다.

이차전지용 분리막을 제조하는 업체로는 국내 SKIET, 유펙스켐, 씨에스텍 등이 있으며 일본 업체로는 아사히카세이 와 도레이, 스미토모, 더블유 스코프, 우베 등이 있습니다. 대표적인 중국 업체로는 상해 에너지, 시니어, 호남 중리 등이 있습니다.