[인터뷰] “300Wh/kg 에너지밀도 위해 양극재 700mAh/cc 필요”
김현수 전기연구원 전지연구센터 LIB 팀장(책임연구원)은 전기차용 고에너지, 고안전성 고니켈계 양극 극판 설계와 기술 개발에 참여하는 자신의 노력을 요약했다.
산업기술평가원, 전지연구조합과 LG화학 주도로 진행되는 이 사업은 코발트 등 희유금속이 이용되는 삼원계 NCM 양극재 기술개발의 끝판왕이라고 불릴 수도 있다. 니켈 함량을 85~90%까지 끌어올림으로써 NCM 양극재의 성능향상과 가격 경쟁력이라는 두 마리의 토끼를 잡는 작업이다.
데일리한국이 6일 만난 김 책임연구원은 어느 때보다도 의욕이 넘쳐 흘렀다. 그의 연구가 성공하면 중국의 추격을 멀리 따돌릴 수 있기 때문이다. 중국도 니켈 함량이 높은 삼원계 리튬이온전지 제조에 도전하고 있지만 니켈 60%, 코발트 20%, 망간 20%인 NCM622 양극재 제조 기술력도 갖추지 못했다. 이런 상황에서 니켈 함량이 85% 이상인 리튬이온전지를 개발한다는 말은 이분야에서 독보적인 성과를 이루겠다는 말과 같다.
LG화학이 올해 초 NCM811 양극재가 장착된 리튬이온전지를 시판하기 시작했기 때문에 그의 연구는 보다 의미가 깊다.
김 연구원은 “니켈 함량을 높이다보니 사이클 특성과 열특성이 않좋아지는 특성이 있어 이를 해결하려고 노력하고 있다”고 전했다.
니켈이 많아질수록 양극재는 수명이 짧아지고 온도가 210도만 돼도 부풀어 오르는 부작용이 발생한다. 김 연구원은 이 전지가 전기차에 쓰일 예정인만큼 10만km 5000싸이클에서도 전지성능 80%를 보장하는 연구를 진행하고 있다. 동시에 열팽창하는 온도가 현행 210도 이상이 되도록 연구 중이다.
구체적인 방법으론 표면개질과 벌크개질 두가지 방법이 있다.
벌크개질은 니켈, 코발트, 망간 이외에 제3의 원소를 내부에 넣는 것을 말한다. 이 방법은 ‘도핑’이라고도 불린다. 벌크개질과 표면개질을 통해 고용량과 구조적 안전성을 동시에 구현한다. 사이클이 진행되며 용량이 떨어지는 것을 잡고 열적인 안전성을 개선시키기 위한 노력이다.
김 연구원은 “연구의 1단계가 올해 말까지 진행될 예정”이라며 “가시적인 성과를 얻고 있다”고 전했다.
김 연구원이 참여하는 과제의 달성기한은 5년이다. 1단계 연구가 올해 마무리되고 내년부터 기업들이 참여해 스케일업에 참여할 전망이다.
김 연구원은 소재 연구가 어느 정도 마무리되면 공정 개선에 힘쓸 예정이다. 가격 경쟁력을 위해서다.
김 연구원은 “성능도 성능이지만 가격을 낮추기 위해 공정을 획기적으로 바꿀 필요성을 절감한다”며 “소재업체와 공동으로 이전과 다른 획기적인 공정을 개발해 비용을 크게 낮출 방법을 착을 것”이라고 말했다.