[데일리한국 김소미 기자] LG에너지솔루션과 연세대학교가 차세대 배터리 핵심 소재로 주목받는 '실리콘 음극재' 기술 개발에 성공했다고 10일 밝혔다. 

이번 성과는 배터리 충·방전 중 발생하는 부피 팽창 문제를 해결할 실마리를 제공하며, 차세대 배터리 기술 완성에 한 걸음 더 다가섰다는 평가를 받고 있다.

이번 연구는 연세대 화공생명공학과 이상영·이용민 교수팀과 LG에너지솔루션의 공동 연구로 이뤄졌다. 연구 성과는 과학계 최고 권위의 저널 중 하나인 네이처 커뮤니케이션스에 '실리콘 음극 열화에 의한 리튬이차전지 분리막의 기계적 손상'이라는 제목으로 게재됐다.

실리콘 음극재는 기존 흑연 대비 에너지 밀도를 10배 이상 높여 전기차 주행거리를 크게 늘리고, 급속 충전에 유리한 특성으로 차세대 배터리 소재로 각광받고 있다. 경제성과 친환경성도 뛰어나지만, 충·방전 과정에서 발생하는 부피 팽창으로 셀 구조 붕괴와 분리막 손상이 발생해 수명과 용량 확보에 어려움이 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 소재 자체뿐만 아니라 배터리 시스템 전체를 아우르는 혁신적인 접근 방식을 도입했다. 무기물 기반 고강도 분리막을 설계해 실리콘 음극재의 팽창 문제를 보완함으로써, 배터리 시스템 안정성과 성능을 동시에 확보했다는 게 회사측 설명이다.

개선된 기술을 적용한 배터리는 고속 충·방전을 400사이클 반복한 후에도 88% 이상의 용량 유지율을 보여 우수한 성능을 입증했다. 이는 실리콘 음극재 기술 상용화를 위한 중요한 진전을 이뤄냈다는 평가다.

이상영 연세대 교수는 "이번 연구의 가장 큰 의미는 그동안 배터리 분야의 큰 난제였던 실리콘 음극재의 수명 문제를 해결하기 위해 소재 자체를 넘어 배터리 시스템 전체를 바라보는 혁신적인 접근법을 제시했다는 점"이라며 "이를 통해 향후 배터리 연구 개발에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다"고 말했다.

김제영 LG에너지솔루션 CTO는 "앞으로도 적극적인 오픈 이노베이션 전략을 통해 차세대 배터리 분야에서도 차별화된 기술력으로 세계 시장을 선도해 나갈 예정"이라며 "이를 바탕으로 제품 포트폴리오 다양화와 고객가치를 창출하는데 최선을 다할 것"이라고 강조했다.