LG엔솔 전고체 배터리 난제 해결

 

K배터리를 이끄는 3사 중 한 곳인 LG에너지솔류션이 전고체 배터리 양산을 힘들게 했던 난제를 해결해 전고체 배터리 양산에 한발 가까워졌습니다. LG엔솔의 전고체 배터리 난제 해결에 관해 알아보겠습니다.

LG에너지솔루션 상온 구동 전고체 배터리 개발

 

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가장 많이 사용되는 2차전지인 리튬이온 배터리의 여러 문제를 해결하고 배터리의 에너지 밀도를 높이려는 노력에 따라 차세대 배터리로 전고체 배터리가 대안으로 각광받고 있습니다. 리튬이온 배터리가 양극과 음극 사이에 있는 전해질이 액체로 되어있는 반면 전고체 배터리는 전해질이 불연성 고체로 이루어져 발화 등의 가능성이 낮습니다. 상대적으로 전고체 배터리가 리튬이온 배터리보다 인화성이 낮을 뿐 아니라 수명이 더 길고 에너지 밀도가 높으면서도 충전 시간은 더 짧습니다. 또한 확장성도 좋아 여러 형태나 플렉시블 배터리로도 활용이 가능해 리튬이온 배터리를 대체할 기술이라 할 수 있습니다.

 

리튬이온배터리와 전고체배터리 개념도

■ 리튬이온 배터리 특징

• 양극과 음극 사이의 전해질이 액체로 되어있다.
• 전해질은 인화성 물질이 포함되어 고온에서 발화 또는 폭발의 위험이 있다.
• 현재 양산되는 배터리 중 가장 에너지 밀도가 높다.

■ 전고체 배터리 특징

• 전해질이 불연성 고체로 되어있어 발화 등의 문제가 없다.
• 전해질이 고체이므로 여러 형태 및 플렉서블 형태가 가능하다.
• 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 더 높다.
• 충전 시간이 길다.
• 기존 음극재의 재료에 한계가 있다.

다만, 전고체 배터리는 액체 전해질을 가진 리튬이온 배터리보다 전도성이 낮은 문제점과 고온 상태에서 충전을 해야 하는 등 여러 가지 문제점을 해결해야 하는 상황입니다. 

 

이러한 상황에서 LG엔솔과 미국 샌디에이고 대학교가 공동 연구를 통해 그동안 해결하기 어려웠던 고온에서만 충전이 가능했던 한계를 극복하고 상온상태에서도 빠른 속도록 전고체 배터리 충전이 가능한 기술을 개발했다고 합니다. 

그동안 전고체 배터리는 에너지 밀도 향상을 위해 음극재로 리튬 금속을 적용했지만 60도 이상의 고온에서만 충전할 수 있고 충전 속도가 느린 한계를 가지고 있었습니다. 

 

LG에너지솔루션의 전고체 전지 구조

 

LG엔솔과 연구팀은 이러한 문제점을 해결하기 위해 기존 음극재가 아닌 마이크로 실리콘 음극재를 적용했습니다. 실리콘 음극재는 기존의 흑연 음극재 대비 10배 이상의 용량을 가지고 있어 에너지 밀도를 높이기 위한 필수 소재로 알려졌지만 충방전시 부피 변화가 커 실재 제품화를 이루기가 힘들었습니다. 현재까지 이러한 부피 변화를 해결하기 위해 100 나노미터 이하의 입자를 가진 나노 실리콘을 사용해야 했지만 LG엔솔과 연구팀은 마이크로 실리콘으로 더 저렴하고 사용하기 용이한 기술을 개발했습니다.

 

또한 LG에너지솔루션의 전고체 배터리는 실리콘을 적용한 것으로 처음으로 상온에서 충방전 수명이 500회 이상이 가능합니다. 500회 충방전 이후에도 80% 이상 잔존 용량을 유지하고 에너지 밀도도 리튬이온 배터리에 비해 40% 높아 전기차로 800km를 주행할 수 있는 때가 가까워졌습니다.

 

■ LG에너지솔루션 전고체 배터리 기술

• 음극재로 마이크로 실리콘을 사용
• 기존 60도 이상 고온에서만 충전할 수 있는 문제를 해결해 상온에서 빠른 속도로 충전이 가능
• 500회 이상 충방전 수명을 가짐
• 500회 이상 충방전 후에도 80% 이상 잔존 용량 유지
• 리튬이온 배터리 대비 에너지 밀도가 40%이상 높음

 

LG에너지솔루션의 배터리 인재 양성

 

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국내 K배터리를 이끄는 3사 중 LG에너지솔루션은 국내에서 배터리 인재 부족 등을 해결하기 위해 고려대학교와 손잡고 배터리 스마트팩토리 학과 신입생을 모집하고 있습니다. 배터리공학과는 인공지능 AI기반의 배터리 소재 및 차세대 배터리를 개발할 인재를 9월 13일부터 10월 1일까지 모집합니다.

 

고려대 LG에너지솔루션 배터리-스마트팩토리학과 2022년 신입생 모집

 

지원자격은 박사를 졸업한 후 LG에너지솔루션 입사를 희망하는 자로 내년 봄학기 신입생을 대상으로 하며 지원자는 LG에너지솔루션에서 지원서 접수 및 면접을 통해 12월 16일 최종합격자를 발표하게 됩니다. 선발된 지원자는 등록금과 매월 장학금을 지급받게 되며 석박통합과정 1~2년은 등록금과 생활비 120만 원을 매달 지급받게 되고, 석박통합과정 3년 이상과 박사과정은 등록금과 생활비 200만 원을 매달 지급받게 됩니다.

 

박사 학위 취득 및 졸업 이훙 LG에너지솔루션에 입사할 특전을 주게 됩니다. 국내뿐 아니라 세계적으로 배터리 인재가 부족해 국내에서는 해외로 지원자를 맞이하러 갈 정도로 경쟁력이 치열한 상태에서 국내 인재를 미리 키워나가겠다는 각오입니다.

 

글로벌 전고체 배터리 시장

 

전 세게 배터리 업체는 전고체 배터리 개발에 경쟁이 심화되고 있고 현재 가장 앞서 나가고 있는 곳은 일본의 도요타입니다. 올해 초 세계 최초로 전고체 배터리를 장착한 프로토타입 자동차를 공개했고 2020년대 전반에 상용화를 목표로 하고 있습니다. 또한 배터리팩을 따로 생산해 차량에 장착하는 것이 아닌 차량과 배터리를 일체화해 생산해 비용도 반으로 줄인다는 목표입니다.

 

국내에서는 삼성SDI가 2025년 전고체 배터리 개발을 완료하고 2027년 상용화를 목표로 하고 있고 SK이노베이션은 2030년 이전에 상용화한다는 계획입니다. 현대차는 2025년 전고체 배터리를 장착한 전기차를 시범 생산할 계획입니다.