Anode-Free 리튬 이차전지, 음극활물질 Free 선언
  • 사진=하트마스(주) 연구진
[목포(전남)=데일리한국 방석정 기자] 이차전지 연구 개발기업 하트마스는 'Anode-Free 리튬메탈 이차전지'(AFLMB)를 개발했다고 17일 밝혔다.

이번에 발표하는 석출형 모델로 X시리즈(X-1, X-2, X-3) 모델 3종을 발표한다.

하트마스의 X시리즈는 기존에 사용되는 대표적인 음극활물질인 흑연, 실리콘, CNT, 리본형 리튬메탈 등 음극활물질을 사용하지 않는 진정한 석출형 배터리다. 리튬배터리에서 대표적으로 쓰이는 흑연은 30년 동안 성능개선을 통해 한계치에 도달했다.

최근 양극활물질 개선은 NCM 811에서 NCM 9:0.5:0.5 수준까지 도달함으로써 에너지밀도가 증가함으로 인해 음극소재의 개선이 필요하게 됐고, 이 추세에 맞춰 전지의 고용량화를 위해 신규 음극소재들이 업체에서 적극적으로 개발 중이다.

'Anode-Free 이차전지'는 음극에 구리집전체만이 있는 기술로, 리튬 이온이 음극집전체 표면에 리튬메탈 형태로 석출되고 방전시에 석출층이 없어지는 메커니즘(Mechanism)으로 인해 충·방전이 가능해진다.

하트마스에서는 차세대배터리 전용 양극활물질, 전해질과 첨가제를 독자적으로 개발했다.

양극소재는 화학적합성을 통해 NCMA를 개발했고, 이는 충·방전 과정에서 발생되는 양극활물질 성능저하를 막고 전지 수명을 연장하기 위해 개발됐다.

전해질과 첨가제는 석출형 배터리에서 가장 중요한 부분을 차지하는 소재로 충·방전 과정에서 석출된 리튬의 산화와 환원이 보다 용이하도록 하는 전해질이며 첨가제는 석출과정에서 구리집전체의 부식을 방지하고 석출과정에서SEI(Solid Electrolyte Interphase)층의 수명 연장과 구리집전체와 리튬의 균일한석출층을 유도하고 수지상결정(Dendrite)을 억제하기 위해 개발이 됐다.

하트마스는 독자적으로 개발한 X-시리즈 배터리가 발표됨으로써 상용화의 길이 열렸다고 설명했다. 배터리의 분리막(separator)의 유무(有無)에 따라 분리막형과 세라믹형 2가지 타입으로 기술이 구현됐고, 덴트라이트로 인한 석출형 전지의 결점이 없으며, 음극활물질이 없어 가볍고 성능 또한 전해질 리튬용량 조절을 통해 기존 이차전지 대비 2배 이상 성능 구현이 가능하다는 설명이다.

이 같은 하트마스의 배터리는 음극활물질이 없어짐으로 인해 제조공정 단순화로 배터리 가격을 30% 이상 인하시키는 효과로 전기자동차의 판매증가의 걸림돌인 배터리 가격을 낮출 수 있다.

또한, 전기자동차 적용 시에 음극소재가 차지하는 부분이 없어짐으로 인해 경량화가 가능해 간접적으로 용량이 증가한다. 이는 중대형 전기자동차 배터리의 한계를 극복할 수 있다.

하트마스의 배터리는 제조공정 하나하나가 현재 가동되는 리튬이차전지의 양산기술을 염두에 두고 개발됐기 때문에, 양산 설비나 장비의 추가 개발 없이 상용중인 전지 제조설비에 어렵지 않게 적용될 수 있다.

하트마스의 배터리는 15년 연구경력의 배터리 개발자들이 모든 기술을 독자적으로 개발해 탄생이 됐다.

김동환 대표는 “석출형 리튬메탈 차세대배터리가 배터리업계의 게임 체인저가 될 것이다”고 말했다.

X시리즈 배터리의 높은 수명과 성능, 그리고 저렴한 가격으로 인해, 전기자동차 시장, 군용 장비 시장, 의료 장비 시장, 휴대폰이나 노트북 등 전자기기 시장, 드론 등 항공시장, ESS(에너지저장장치) 전력시장 까지 폭 넓게 적용될 것으로 기대된다.

하트마스 연구진은 "X-시리즈 이후 개선된 배터리가 지속적으로 나올 수 있도록 개발에 최선을 다할 것이고, 각종 분야에 최적의 조건으로 적용될 수 있도록 노력할 것"이라고 다짐했다.

보유한 전지기술은 하트마스 배터리 데이에 홈페이지를 통해 공개할 예정이다.

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입력시간 : 2020/10/17 14:48:14 수정시간 : 2020/10/17 14:48:14