UNIST 교원창업기업 에스엠랩, 리튬이온 배터리 고속충전 특성 개선 기술선보여

UNIST 교원창업기업 에스엠랩이 전기자동차를 빠르게 충전하게 돕는 양극소재기술을 개발했다.[사진=UNIST]
UNIST 교원창업기업 에스엠랩이 전기자동차를 빠르게 충전하게 돕는 양극소재기술을 개발했다.[사진=UNIST]
전기자동차(EV) 배터리를 15분 만에 충전할 '양극 소재' 기술이 나왔다.

UNIST(울산과학기술원·총장 이용훈)는 교원창업기업인 에스엠랩(대표 조재필)이 리튬이온 배터리의 고속충전 특성을 개선할 수 있는 '단결정 양극 소재'기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 연구진에 따르면 양극 소재의 형상과 표면구조를 변화시키는 것만으로도 수명 특성이 30% 이상 향상됐다. 이 소재는 현재 고객사 검증을 완료해 에스엠랩의 양산로에서 시범 생산 중이며, 샘플 매출도 발생하고 있다.

전기자동차에 사용 중인 리튬이온 배터리에 급속 충전을 반복하면 양극과 음극에서 부반응이 일어나 수명이 저하된다. 급속 충전 시 리튬이온은 음극의 흑연 입자 내부로 들어가지 못하고 전해액과 반응해 손실된다. 양극에서도 빠른 속도로 리튬이온이 드나들게 되는데, 이런 충‧방전이 반복되면 부피가 팽창하면서 양극 구조를 붕괴해 리튬이온 출입을 어렵게 만든다. 

이를 해결하는 기술로는 주로 음극 소재의 개선이 제안됐다. 흑연대신 리튬을 사용하거나 흑연과 실리콘을 사용해 충전 시간을 단축하려는 시도였다. 리튬이온이 이동하는 속도가 흑연보다 리튬금속이나 실리콘에서 더 빠르기 때문이다. 

에스엠랩은 음극에 흑연을 그대로 사용하면서 양극 소재의 형성과 표면구조를 변화시켜 고속충전 특성을 개선했다. 이번에 개발한 양극소재는 니켈(Ni) 97%, 코발트(Co) 2% 미만 함량의 단결정 NCA(M) 소재(NiCoAlMn)다. 

에스엠랩은 자체 운용 중인 파우치형 리튬이온 배터리 제조설비를 이용한 고속충전 평가결과, 15분 동안 충전(90%)과 방전(0%)을 300회 반복한 뒤에도 수명 특성이 85%까지 유지된 것을 확인했다. 

에스엠랩은 2018년 7월 조재필 UNIST 에너지화학공학과 특훈교수가 창업했다. 니켈 함량 80% 이상의 NCM(A)과 NCA를 수세 공정 없이 단결정 형태로 양산하는 기술을 보유하고 있다. 니켈 함량 94% 이상 소재의 현재 연간생산량은 7,200톤인데, 앞으로 21,600톤 증설해 2023년까지 28,800톤까지 늘릴 계획이다. 

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