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액체전해질 리튬이온전지의 분리막 고찰

전문가 제언: ○ 리튬이온전지는 휴대용 전자기기 시장뿐만 아니라 앞으로 다가올 하이브리드전기자동차(HEV)와 전력저장 시장을 대비하여 에너지 성능과 안전성 그리고 특히 원가절감을 위한 무한경쟁 시대를 맞고 있다.

○ 리튬이온전지 원가의 약 20%를 차지하는 분리막(separator)은 미세 다공성 구조로 두 전극의 물리적 접촉을 막으며 두 전극 사이에 이온의 흐름을 원활하게 해주는 핵심 부품이다.

○ 통상의 리튬이온전지의 분리막인 미세 다공성 PE-PP 겹막은 전지의 과열 시 열 폭주 아래 온도에서 PE 층의 기공이 막혀, 이온의 통과를 막아 전지의 작동을 중지시켜 안전을 지킨다. 이때 PP는 165℃의 융점을 가져 이 온도까지 기계적 치수를 유지하여 두 전극의 접촉을 막을 수 있다. 따라서 단락과 열 폭주에 의한 폭발을 더 안전하게 방지해 준다.

○ U.S.Army Research Laboratory 소속 저자의 이 글은 간결하게, 그러나 폭 넓게 리튬이온전지 분리막의 성능과 유형별 특성비교와 기술의 진보를 설명하였다. 재래의 미세 다공성 고분자 분리막 기술과 나노크기 세라믹 입자를 사용한 세라믹 분리막 기술의 비교는 유익하였다.

○ 고분자 겔 전해질(PGE)의 적층판을 두 전극 사이에 압출성형으로 연속 생산되는 리튬이온 이차전지의 개발이 2006년에 발표되었다. 이 PGE는 PVdF와 용매 및 리튬염 등으로 구성되며, 전해질과 분리막의 두 기능을 한다. 따라서 분리막이 필요 없고 금속 외부 케이스도 필요 없는 형태이다. 이 전지는 두께 0.1mm 이하의 필름형의 PGE 층을 가진 적층판 형태가 된다. 170Wh/kg의 높은 에너지 밀도를 보이고, 향후 평평한 시트형 전지의 연속 생산을 목표로 한다고 발표되어 놀라운 기술 혁신이 예상된다.

○ 리튬이온전지의 기술개발에 KAIST의 이영민 등을 위시한 한국 연구자들의 우수한 논문이 많이 발표되고, 한국전기연구원, SK 등의 활약이 적극적이어서 이 분야에서도 한국의 밝은 미래가 보인다.

저자: Sheng Shui Zhang
자료유형: 학술정보