연구성과

신소재 김용태 교수팀, 높은 스펙의 고순도 양극재, 과연 필요한가?

2024-03-25 492

[김용태 교수 연구팀, 이차전지 단가를 낮출 수 있는 획기적인 대안 제시]

이차전지 셀 메이커들(LG엔솔, 삼성SDI, SK온 등)은 양극재 소재 업체에 일정한 품질의 제품을 납품할 것을 요구하면서 매우 높은 수준의 고순도 스펙을 제시해 왔다. 사실 양극재 순도 스펙은 기업비밀로 부쳐져 왔으나, 실제 이러한 높은 스펙이 필요한지에 대한 검토는 적극적으로 이루어지지 않았다. 이러한 상황에서 양극재 소재 업체에서는 셀 메이커의 요구에 부응하기 위해 원료 메탈의 불순물 제거 공정에 막대한 비용을 지불해 왔으며, 이는 고스란히 배터리 단가 상승의 원인이 되었다.

신소재공학과 김용태 교수 연구팀은 같은 학교 친환경소재대학원 · 신소재공학과 박규영 교수 및 RIST(포항산업과학연구원) 정우철 박사 연구팀과의 공동 연구를 통해 셀 메이커들이 설정해 놓은 양극재의 순도 스펙이 지나치게 높게 설정되어 있음을 확인하였으며, 리튬 정제 과정의 간소화를 통해 배터리 단가를 극적으로 낮출 수 있다는 연구결과를 발표했다. 이번 연구는 국제 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 최근 게재됐다.

연구팀은 이번 연구에서 리튬 원료의 순도가 이차전지 양극재의 생산과 성능에 미치는 영향을 확인했다. 일반적으로 리튬 원료 내에 있는 불순물은 이차전지의 성능을 떨어뜨린다고 알려져, 최소 99.5% 이상 순도를 가지는 리튬 원료 생산을 목표로 한다. 그런데, 연구팀은 리튬 원료 내 약 1%의 마그네슘(Mg) 불순물이 오히려 공정 효율을 높이며, 이차전지 수명까지도 증가시킨다는 사실을 밝혔다. 실험 결과 불순물이 완벽하게 정제되지 않은 저순도 리튬은 이차전지 생산 비용과 이산화탄소 배출을 최대 각각 19.4%와 9.0% 낮출 수 있음을 확인하였다.


이번 연구를 이끈 김용태 교수는 “이차전지 셀 메이커들은 현재의 양극재 스펙이 과다한 것은 아닌지 재검토할 필요가 있다”며, “고정관념을 깨면 중국의 저가공세에 대응할 수 있는 새로운 무기를 확보할 수 있다”는 기대를 전했다.

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-44812-3