국내 연구진이 배터리의 열적 불안정성을 평가할 수 있는 새로운 분석기법을 개발했다.

KIST는 장원영 에너지저장연구단 박사와 김승민 전북분원 탄소융합소재연구센터 박사 공동연구팀이 투과전자현미경을 이용해 배터리 양(+)극 소재의 열 안정성을 평가할 수 있는 실시간 분석 플랫폼을 구축했다. 이를 통해 전기 자동차용 양(+)극 소재의 열분해 메커니즘 변화를 규명했다고 11월 3일 밝혔다.

배터리 양극은 충전용량, 즉 전기자동차의 주행거리를 결정짓는 핵심 부분이다. 양극 소재는 니켈·코발트·알루미늄 또는 니켈·망간·코발트 등의 성분으로 배합∙제작된다.

양극 소재에 있는 니켈은 많이 포함될수록 더 큰 충전용량을 확보할 수 있을뿐더러 저렴하다. 하지만 니켈은 충전용량이 큰 만큼 외부 환경에 쉽게 반응하려는 성질이 있어 배터리의 안정성이 낮아진다는 단점이 있다.

연구진은 NCA 양극 소재에서의 알루미늄 대비 니켈 증가는 용량 향상을 보이지만 실제 상한 충전상태(총 리튬 이온의 67% 반응)에서 열 안정성이 크게 저하된다는 것을 관찰했다. 분석 결과 실제 산화∙환원 반응에 참여하지 않는 알루미늄 원소가 부족해 충전 과정 중 열 안정성을 저하할 수 있는 새로운 상(O1 Phase)이 형성되고 불안정해진 새로운 상의 표면 구조가 결국 저하된 열 안정성 원인임을 밝혔다.

장원영 박사는 \"연구를 통해 고성능 양극 소재 개발에 있어서 열 안정성을 확보할 수 있는 화학조성 설계의 중요성을 확인했다\"고 말했다. 김승민 박사는 \"이번에 개발한 고도 분석기법을 통해 향후 미량 원소 혼입에 따른 영향을 파악, 안정성이 확보된 고성능 양극 소재를 개발할 수 있을 것\"이라고 내다봤다.