LG엔솔·서울대, LMR 배터리 가스 발생 억제 기술 확보
LG에너지솔루션은 임종우 서울대 화학부 교수 연구진과 공동 연구로 리튬망간리치(LMR) 배터리의 전기차용 대형 셀 적용 가능성을 높인 연구 성과를 7일 밝혔으며, 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다. LMR은 코발트 대신 망간을 주원료로 사용해 소재 비용을 낮추고, 전이금속뿐 아니라 소재 내부 산소까지 에너지 저장에 활용하는 양극 소재이나, 충전 시 산화된 산소가 방전 시 완전히 회복되지 않으면 구조 손상과 가스 발생으로 이어질 수 있다. 연구팀은 산소 회복을 좌우하는 변수가 충전 상한 전압뿐 아니라 방전 하한 전압에도 있음을 규명했고, 충전 상한 전압을 4.6V에서 4.3V로 낮추자 산화된 산소의 환원율이 86%에서 97%로 높아졌으며 방전을 기존 3.0V가 아닌 2.0V까지 진행했을 때 산소가 거의 원래 상태로 회복되는 현상을 확인했다. 이를 토대로 40Ah급 LMR 대형 셀의 구동 전압 범위와 활성화(Formation) 공정 조건을 재설계하고 활성화 단계 온도를 낮추는 공정을 적용했다. 최적화 조건을 적용한 40Ah급 셀은 883회 충·방전 평가 후에도 초기 에너지의 92.2%를 유지했다.
코발트를 쓰지 않는 LMR 양극재는 소재 비용 절감 측면에서 주목받아 왔으며, 이번 결과는 소형 셀이 아닌 40Ah급 대형 셀 수준에서 가스 발생과 성능 저하 문제의 개선 가능성을 제시했다. 전기화학 프로토콜과 활성화 공정 조건 조정만으로 개선했다는 점에서 양산 공정 적용 관점의 후속 검토가 뒤따를 수 있다.
