고체전해질 제조법은 고에너지 볼 밀링(ball milling) 공정을 통한 ‘건식 합성법’과 용액의 화학 반응을 활용하는 ‘습식 합성법’이 있다. 연구팀은 공정의 스케일업 및 양산화 관점에서 유리한 습식 합성법에 집중했고, 용매 내에서의 최적 합성 반응을 통해 고순도의 고체전해질을 제조하는 데 성공했다.
가장 큰 장점은 고가의 황화리튬(Li2S)을 사용하지 않아도 된다는 것이다. 황화리튬은 고제전해질 제조를 위해 투입되는 시작물질 비용의 95%를 차지할 정도로 비싸다. 습식 합성과정에서 황화리튬이 미반응 불순물로 남아 셀 성능 저하의 원인이 되는 경우도 종종 발생한다. 일부 황화리튬을 사용하지 않는 합성법이 제안되기도 했지만, 고가의 첨가제를 추가로 사용해야 하고, 잔존 불순물이 발생해 결과물도 만족스럽지 못했다.
하지만 KERI의 간단 합성법은 기존 습식 공정 대비 황화리튬은 물론, 어떠한 첨가제나 추가 공정 없이도 양질의 고체전해질 제조를 가능하게 한다. 비용은 기존 황화리튬을 사용했던 재료비 대비 무려 1/25배 수준으로 절감할 수 있고, 제조 공정 시간도 줄여 고체전해질의 대량생산화에도 크게 기여할 수 있다.
박준호 박사는 “연구원에서 수년간 축적해 온 고체전해질 제조 노하우를 기반으로, 유기 용매 내에서 시작물질의 최적 화학반응 조합을 통해 고순도의 고체전해질을 쉽고 간단하게 제조할 수 있는 방식을 찾았다”며 “전고체전지 상용화의 가장 큰 난관인 가격 경쟁력과 대량생산 이슈를 모두 해결할 수 있을 것으로 기대한다”고 전했다.
원천기술과 관련한 특허 출원, 국내외 성과 논문 게재 등을 완료한 KERI는 이번 성과가 전고체전지 관련 기업들의 많은 관심을 받을 것으로 보고, 수요 업체를 발굴해 기술이전을 추진한다는 계획이다.
한편 KERI는 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관이다. 이번 연구는 KERI의 기본사업인 ‘불연성전지 상용화를 위한 제조공정 핵심기술 개발’ 과제를 통해 진행됐다.
박성권 부산/경남 기자 ilyo33@ilyo.co.kr
