UNIST, 급속 가열로 하이니켈 양극재 수명 향상 성공

• 새 소결 공정으로 비정상 입자 성장 억제된 고효율 양극재 제조

리튬이온 배터리의 핵심 소재인 하이니켈 양극재의 수명과 성능을 획기적으로 높일 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 11일, 이현욱 울산과학기술원(UNIST) 교수 연구팀이 로드니 루오프 기초과학연구원(IBS) 특훈교수, 성원경 박사, 진성환 강원대 교수, 위장 리 미국 UCLA 교수와 공동으로 ‘급속 줄 가열(flash Joule heating)’ 기반의 새로운 소결 공정을 제안했다고 밝혔다. 이 기술은 하이니켈 양극재의 미세구조 결함을 제어해 전지의 수명과 율속 특성을 크게 개선한다.

하이니켈 양극재는 고용량·고에너지 밀도를 구현할 수 있어 전기차와 고속 충전용 전지에 널리 쓰이지만, 열 안정성이 낮아 고온 소결 과정에서 구조와 형상이 열화되는 문제가 있다. 연구팀은 수 초 이내에 고온에 도달할 수 있는 급속 줄 가열 시스템을 도입, 소결 과정에서 지배적인 확산 메커니즘을 전환했다. 그 결과 입자가 비정상적으로 크게 성장하거나 내부에 기공이 남는 현상을 억제하고, 작은 입자들이 치밀하게 응집되도록 유도해 전지의 기계적 안정성과 수명을 동시에 높였다.

이번 연구를 통해 기계적 치밀화가 하이니켈 양극재의 구조적 안정성과 장수명화에 핵심 역할을 한다는 사실이 입증됐다. 미세구조 결함을 정밀하게 제어하는 이 소결 기술은 고에너지 밀도 전지의 장수명화와 신뢰성 확보에 기여할 수 있으며, 다양한 산화물 기반 전극 소재의 제조 공정 최적화에도 확장 적용이 가능하다.

이현욱 교수는 “단순한 열처리 조건 변경을 넘어 소결 거동의 원리를 규명하고 실험으로 검증한 점에서 차별성이 있다”며 “향후 다양한 전극 소재의 소결 공정 최적화 기반 기술로 발전시킬 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 성과는 국제학술지 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 4일 온라인 게재됐다.

손동민 기자/ hello@sciencewave.kr