충북대 연구팀, 차세대 양극재 초고속 제조기술 개발

LMR 양극재 직접 합성 제조 전략 세계 최초 제시
지역기업 에코프로비엠 수요 반영 산학협력 성과
차세대 고에너지밀도 리튬이온전지 조기 상용화 기대

충북대학교 박기태(왼쪽) 신소재공학 교수, 정상문 화학공학과 교수.

［충북일보］ 충북대학교 연구팀이 차세대 리튬이온전지용 리튬 과잉 망간계(LMR) 양극재를 단일 분무열분해공정으로 수 초 이내에 합성할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다. 

박기태 신소재공학 교수와 정상문 화학공학과 교수 연구팀이 수행한 이번 연구성과는 에너지 저장 분야 세계적 권위의 국제학술지 에너지 스토리지 머티리얼즈(Energy Storage Materials, Impact Factor 19.3) 8월 온라인 게재됐다. 

충북대 연구팀에 따르면 현재 상용 양극재는 대부분 공침법 기반의 다단계 합성공정을 이용하고 있어 전구체 제조, 세척, 건조, 소성 등 복잡한 공정을 거쳐야 하는 탓에 많은 시간과 폐수가 발생한다. 

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 리튬을 초기 출발용액부터 포함하는 무전구체·무수세 분무열분해공정을 적용해 수 초 이내에 LMR 양극재를 직접 합성하는 새로운 제조 전략을 세계 최초로 제시했다. 

이 공정은 기존 제조공정을 획기적으로 단순화하면서도 대량생산이 가능한 연속공정이라는 점에서 산업적 활용 가능성이 매우 높다은 것으로 알려졌다.

이번 연구는 충북 지역 대표 글로벌 양극재 기업인 에코프로비엠의 기업 수요를 반영해 추진된 산학협력 연구로, 연구팀은 지역 이차전지 기업과의 긴밀한 공동연구를 통해 차세대 양극소재 원천기술 확보와 산업 적용을 지속적으로 추진하고 있다.

또한 국원자력연구원 하나로(HANARO) 연구용 원자로 기반의 중성자 회절 분석과 한국기초과학지원연구원의 첨단 분석장비, 미국 로렌스 버클리 국립연구소의 방사광가속기를 활용한 국제공동연구를 수행했다. 이를 통해 기존 분석기법으로는 확인하기 어려웠던 차세대 LMR 양극재의 구조 변화와 내부 미세구조를 세계 최고 수준의 분석기술로 규명하는 데 성공했다.

박기대 교수는 "분무열분해공정은 최근 차세대 양극재 제조기술로 국내 배터리 3사를 비롯한 글로벌 기업들이 큰 관심을 보이는 공정으로, 기존 공침법을 대체할 수 있는 유력한 기술로 평가받고 있다"고 말했다.

정상문 교수는 "이번 연구는 차세대 LMR 양극재를 초고속 단일공정으로 제조할 수 있는 새로운 패러다임을 제시한 성과"라며 "향후 공정 스케일업을 통한 기술사업화와 차세대 고에너지밀도 리튬이온전지의 상용화를 앞당기는 데 크게 기여할 것"이라고 강조했다,

한편 이번 연구는 한국연구재단 집단연구사업인 지역혁신 선도연구센터(RLRC) 사업과 과학기술사업화진흥원의 학연협력플랫폼 시범 구축사업(UNI-CORE), 인프라고도화 지원사업의 지원을 받아 수행됐다.1저자는 서효영 연구원(석사 졸업)이 맡았으며 박기대 교수(대표 교신저자), 정상문 화학공학과 교수, 유영상 물리학과 교수, 김형섭 한국원자력연구원 박사가 공동 교신저자로 참여했다. / 안혜주기자