리튬이차전지용 무기 고체 전해질의 기술동향

Abstract

친환경 자동차나 대규모 전력 저장 장치의 필요성이 증가함에 따라, 리튬이차전지의 안정성 확보는 중요한 이슈가 되었다. 그러나, 전해질로서 널리 사용되는 유기 전해액은 가연성을 띠기 때문에, 과충전이나 단락이 발생한 경우, 연소나 폭발로 이어지는 위험이 있다.

가연성의 유기 전해액을 비가연성의 무기 고체전해질로 대체한 전고체 전지는 안정성 문제에 대한 해결책이 될 수 있다. 그러나, 이온전도도가 낮고, 전극과의 계면 접촉성, 및 입계 저항이 좋지 못하다는 등의 문제가 있기 때문에, 이에 대한 개선이 필요하다.

최근 10년간 리튬이차전지용 무기 고체 전해질에 관한 일본 특허 동향을 살펴볼 때, “조성” 및 “물성”에 관한 특허가 다수 개발되고 있음을 알 수 있다. 특히, 무기 고체 전해질의 낮은 이온전도도 개선은 “황화물계” 조성에 대한 기술개발과 연관성이 높고, 전해질 재료나 전해질층의 높은 “입계 저항 또는 계면 저항”은 무기 조성뿐 아니라 전해질 재료(입자)를 “코팅”하는 기술과의 연관성이 높은 것으로 나타났다. 또한, 전고체 전지의 “충방전 사이클 특성 또는 레이트 특성” 개선에 관해서는 전해질 재료나 전해질층의 “기공율, 밀도, 비표면적”을 제어하는 기술의 연관성이 높은 것으로 나타났다.

황화물계 고체전해질의 비중이 높은 점을 고려할 때, 황화물계 고체전해질의 단점, 즉 수분에 의한 열화 문제를 해소할 수 있는 기술의 개발이 함께 이루어져야 할 것으로 생각된다.

한편, 우리나라의 경우, 리튬이차전지의 안정성 이슈가 부각되는 상황에서, 특허를 통해 무기 고체 전해질 소재에 대한 독점 기술을 확보하여, 일본 업체들의 영향력으로부터 벗어나고, 중국 기업을 견제하는 것이 필요할 것으로 보인다.