한국세라믹기술원, 건식 표면개질 기술로 이차전지 성능 혁신

습식 코팅 한계 극복…친환경⋅고효율 양극재 표면개질 원천기술 확보

한국세라믹기술원(원장 윤종석)이 이차전지 양극재 표면처리 공정의 한계를 극복할 수 있는 혁신 기술을 개발했다. 기존 습식 코팅 공정을 대체할 수 있는 건식 실란 코팅 기술로, 배터리 성능과 수명을 동시에 향상시키면서 친환경성까지 확보했다는 평가다.

한국세라믹기술원 최문희 박사 연구팀이 리튬 이차전지용 양극활물질 표면개질을 위한 건식 실란 코팅 원천기술을 개발하고, 관련 특허 출원을 완료했다. 양극활물질은 리튬이온과 반응해 전기를 생성하는 핵심 소재로, 그 표면 안정성은 배터리 성능과 수명에 직접적인 영향을 미친다.

기존 침지 방식 습식 코팅 공정은 다량의 용매 사용으로 인해 코팅 불균일, 분말 응집, 잔류 용매로 인한 부반응, 폐수 발생 등 구조적인 한계를 지녀왔다. 이러한 문제는 배터리 성능 저하뿐만 아니라 환경 부담으로도 이어져 왔다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 양극재 대비 0.1-5 wt% 수준의 극소량 실란 수용액을 활용한 건식 표면개질 공정을 개발했다. 해당 공정은 실란 성분을 양극활물질 표면에 선택적으로 부착한 뒤, 110-130℃의 저온 열처리를 적용해 초기의 약한 결합을 안정적인 화학 결합 구조로 전환하는 것이 핵심이다. 이를 통해 치밀하고 균일한 보호 코팅층 형성이 가능해졌다.

개발된 기술을 LCO, NCM, LFP 등 주요 상용 양극재에 적용한 결과, 배터리 구동 중 발생하는 계면 반응과 구조적 열화가 효과적으로 억제됐으며, 고속 충·방전 성능 향상, 내부 저항 감소, 수명 특성 개선 등 유의미한 성능 향상이 확인됐다.

연구팀은 해당 기술이 기존 액체 전해질 기반 리튬이온 배터리뿐만 아니라, 계면 안정성이 핵심 과제로 꼽히는 전고체 배터리(All-Solid-State Battery) 분야에서도 활용 가능성이 높을 것으로 기대하고 있다. 공정 중 불순물 혼입 우려가 적고, 롤투롤(Roll-to-roll) 방식 등 대량 생산 설비에도 즉시 적용할 수 있어 차세대 배터리 상용화를 앞당길 핵심 소재 기술로 주목받고 있다.

최문희 박사는 "이번 건식 표면개질 기술은 배터리 성능 향상과 친환경 공정을 동시에 달성할 수 있는 원천 기술"이라며, "국내 배터리 소재 기업과의 기술이전을 통해 실제 양산 공정에 적용하는 것을 적극 추진할 계획"이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구 성과는 산업통상부가 주관하고 한국산업기술기획평가원이 지원하는 '기판실장용 산화물계 초소형 적층 전고체 전지(MLCB) 개발사업'의 지원을 통해 도출됐다.