나노소재 전문기업 ㈜레몬(대표 김광진)이 한국화학연구원 에너지융합소재 연구센터 김동욱 박사팀과 ‘다공성 나노파이버 지지체를 이용한 리튬 고분자 전지 개발’을 진행한 결과, 기존 전고체 전지 대비 용량 1.5배, 수명 5.5배 향상된 전고체 전지의 개발에 성공해 관련 제반기술을 25일 특허출원(출원번호:10-2023-0112079)했다고 28일 밝혔다.

레몬이 대량 양산하고 있는 PVDF와 폴리프로필렌(PP)이 결합된 지지체에 한국화학연구원이 개발한 고체 고분자 전해질을 함침한 결과, 전고체 전지에 적합하도록 기공크기와 통기도가 제어되어 기존 지지체 대비 리튬 이온의 전달 속도가 2배 이상 향상되었고, 표면 특성이 개선되어 기존 지지체 대비 고분자 전해질의 함침성이 크게 개선되었다.

한국화학연구원 김동욱 박사는 “금번 개발은 전고체 전지 코인셀을 제작하여 다양한 실험을 수행한 결과로, 높은 이온전도도와 우수한 전해질 함침성으로 고용량/장수명의 우수한 전고체 전지를 개발하여, 관련 기술을 특허출원 하게 되었으며, 현재 상용화를 위한 셀을 제작하여 지속적인 테스트를 진행하고 있다”고 설명 했다.

레몬에 따르면 금번 나노파이버를 적용한 전고체 전지의 특성은 첫 번째, 이온전도도 향상 및 고분자 전해질 함침성 개선으로 기존지지체 전고체 전지 대비 높은 용량을 발현했다. 예를 들어 2C의 빠른 율속 조건에서 나노섬유 지지체 적용 전고체 전지는 130mAh의 용량을 나타낸 반면, 기존지지체 적용 전고체 전지의 용량은 80mAh에 불과했다. 즉 나노파이버 지지체 적용 전고체 전지가 기존지지체 대비 1.5배 높은 용량을 발현했다.

둘째, 기존 지지체 대비 사이클 수명이 크게 증가했다. 나노파이버 지지체 전고체 전지는 100 사이클까지 잔존 용량이 84%로 안정적인 성능을 발현했다. 반면에, 기존 지지체 전고체 전지는 100 사이클 후 잔존 용량이 15%에 불과했다. 결국, 나노섬유 지지체를 적용하면 전고체 전지의 수명이 5.5배 이상 향상됨을 확인했다.

레몬 김광진 대표이사는 “금번 나노파이버를 시용한 전고체 전지의 개발은 나노멤브레인의 차별화 되고 우수한 장점을 활용한 다양한 산업부분 제품의 적용을 위해 지속적인 연구개발을 진행한 결과로, 특히 관련기술의 특허를 출원함으로써 2030년 배터리 시장의 10%를 차지할 것으로 예측하고 있는 전고체 배터리 부분의 상용화 시장에서 기술을 선점한 데 큰 의미가 있으며, 최고의 나노전문 기업으로 관련 제품의 상용화를 통해 매출시현이 될 수 있도록 전임직원이 더욱 매진 하겠다”고 밝혔다.