머리카락 두께 100분의 1로 리튬이온 배터리 폭발 위험 줄이는 소재 개발

LG화학이 단 1마이크로미터 얇은 두께로 열 폭주를 감지하면 전류 흐름을 효과적으로 억제할 수 있는 리튬이온 배터리용 새로운 소재를 개발했다.

LG화학이 개발한 새로운 소재 SRL(Safety Reinforced Layer)은 사람 머리카락 단 100분의 1에 해당하는 1마이크로미터 얇은 두께로 리튬이온 배터리 음극과 집전체 사이에 배치된다. SRL은 리튬이온 배터리 내에서 퓨즈 역할을 한다. 정상 작동 온도에서는 전기가 자유롭게 흐를 수 있지만 배터리 온도가 안전한 범위를 초과해 상승할 경우 SRL이 반응한다. LG화학 연구팀은 배터리 온도가 90°C에서 130°C 정상 범위를 초과해 상승하면 SRL은 열에 반응해 분자 구조를 변화시키고 전류 흐름을 효과적으로 억제한다고 설명했다. 이를 통해 리튬이온 배터리 화재나 폭발로 이어질 수 있는 위험한 열 폭주를 억제하는 게 가능하다.

더구나 SRL은 어떤 온도 변화에도 신속하게 대응할 수 있다. 연구팀은 온도가 1°C 상승할 때마다 전기 저항이 5000Ω 증가한다며 이 재료 최대 저항은 상온 1,000배 이상이라고 말했다. 또 SRL은 온도가 내려가면 저항값을 원래대로 되돌리고 배터리도 정상적으로 기능하게 된다.

SRL 유효성을 입증하기 위해 연구팀은 코발트산 리튬 배터리에 대해 못을 박는 시험을 실시했다. 이전 조사에서 표준 배터리는 못을 박으면 16% 비율로 발화하는 것으로 밝혀졌다. 반면 SRL을 탑재한 코발트산 리튬 배터리는 못을 박아도 발화하지 않았다.

이어서 연구팀은 전기자동차용 니켈 코발트 망간 배터리에 10kg 추를 떨어뜨리는 실험을 실시했다. 표준 배터리에 추를 떨어뜨리면 모든 배터리가 발화했지만 SRL을 탑재한 배터리에서는 단 30%만 발화했다. 또 발화한 30% 배터리에서도 연소가 짧은 시간 내에 진정된 것으로 보고됐다.

LG화학에 따르면 SRL은 기존 리튬이온 배터리 대량 생산 프로세스에 쉽게 통합할 수 있으며 연구팀은 이미 SRL 대량 생산 실증 실험을 진행하고 있다고 한다. LG화학 측은 SRL은 단기간에 대량 생산에 적용할 수 있는 실험 결과를 남겼다며 고객이 자신감을 가지고 전기자동차를 사용할 수 있도록 안전 기술을 강화하고 배터리 시장에서의 경쟁력 강화에 기여할 예정이라고 말했다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.