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초고속·대면적 플래시 활성화 공정,후막전극 한계 극복
높은 호환성…배터리 제조산업 진입 용이,상용화 추진

[대전=뉴시스] 기계연구원 이차전지장비연구실 우규희 책임연구원(오른쪽)이 롤투롤 호환 플래시 공정 장비에 대해 설명하고 있다.(사진=기계연구원 제공) *재판매 및 DB 금지[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 배터리 가격은 낮추고 에너지 밀도와 용량은 높이면서도 크기와 무게를 줄일 수 있는 새로운 기술이 확보됐다.

한국기계연구원은 이차전지장비연구실 우규희·권신 책임연구원 연구팀이 초고속,대면적 플래시 공정을 활용해 후막전극의 열화를 억제하는 전극활성화 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.또 파일럿 스케일의 롤투롤 테스트 베드를 통해 롤투롤 공정과의 호환성도 입증했다.

후막전극은 고에너지 밀도를 구현하고 배터리 팩의 층수를 줄여 구조를 단순화시킬 수 있으며 제조공정 효율화로 원가를 획기적으로 절감시킬 수 있는 장점이 있다.

반면 두꺼운 전극 두께로 리튬이온과 전자의 이동저항이 증가하고 전해질 침투가 어려워 율속특성(충·방전 속도 성능지표)과 전기화학적 성능이 크게 저하되는 문제가 있다.

이번에 연구팀은 후막전극에 1밀리초 이내의 순간적인 플래시를 조사했다.이 과정에서 발생하는 광열반응은 재료의 탄화,활물질(흑연)의 층간 간격 확장,기공률 증대,시드니 카지노 더 스타전해질과의 계면적 확대와 같은 반응을 즉각적으로 일으킨다.

이를 통한 화학·구조적 변화가 리튬이온과 전자의 이동성을 향상시키고 전해질 침투성을 개선해 후막전극의 성능 열화를 억제시킨다.

연구팀은 "표면 광열반응을 이용하기 때문에 집전체를 포함한 후막전극 전체가 고온에 노출되는 것을 방지,슬롯 머신 ㅏㅇ전극 내부의 바인더 분해를 최소화시켜 기계적 내구성을 유지하고 집전체의 산화와 같은 열적 손상도 막을 수 있다"고 설명했다.

해당 기술은 이차전지 제조산업의 표준인 롤투롤 공정과의 호환성이 높고 니켈-코발트-망간(NCM) 양극 등을 비롯한 여러 전극에 대해서도 확대 적용이 가능하다.

연구팀은 플래시 공정을 전극 건조 공정에 적용,응용성 평가를 수행해 전극 건조에 소모되는 에너지와 공정시간을 크게 감소시키고 전극 활성화 효과를 유도할 수 있음을 확인했다.이어 이차전지 장비기업과 협력해 양산수준의 설비를 개발하고 공정평가를 진행 중이다.

연구 결과는 우수성을 인정받아 재료·화학 분야 국제학술지 'Small methods(IF: 10.7)'의 2025년 2월호 표지논문으로 선정됐다.

우규희 책임연구원은 "플래시를 이용한 전극 활성화 기술은 롤투롤 공정과 호환이 가능한 후처리 기술이기 때문에 기존의 공정과 제조설비에 접목이 용이하다"면서 "국내 이차전지 제조사 진입을 목표로 기술 완성도를 높이고 시험평가와 검증을 지속적으로 진행해 나갈 예정"이라고 밝혔다.

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