SK온, 전고체 배터리 난제 해결 앞장…2027년 상용화 목표

▲SK온과 한국세라믹기술원의 산화물계 고체전해질 적용 광소결 기술 연구 결과가 담긴 국제 학술지 ‘ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)’의 표지 (제공=SK온)

SK온이 전고체 배터리 관련 연구개발(R&D)에 속도를 내며 2027년(고분자-산화물 복합계)과 2029년(황화물계) 상용화에 박차를 가하고 있다.

SK온은 국내 유수 대학ㆍ기관과 함께 진행한 전고체 배터리 연구개발 과제의 결과물이 최근 국제 학술지에 연이어 게재됐다고 13일 밝혔다. 일부 연구 결과에 대해선 국내외 특허 출원도 완료했다.

SK온이 김진호 한국세라믹기술원 박사 연구팀과 함께 진행한 연구는 초고속 광소결 기술을 적용한 고분자-산화물 복합계 전고체 배터리 제조 공정 고도화가 핵심이다.

주로 인쇄 회로 기판에 활용되는 광소결 기술은 강한 빛 에너지를 순간적으로 가해 분말 입자의 결합을 촉진, 강도와 내구성을 높인 고체 덩어리를 만드는 공정이다.

산화물계 전고체 소재는 이온 전도도와 기계적 강도 증가를 위해 1000도 이상의 고온과 10시간 이상의 열처리 공정이 필요하다. 그러나 제조 원가 부담, 소재의 취성 파괴(변형 없이 갑자기 부서지는 현상) 등의 취약점이 난제로 꼽혔다.

SK온은 빠른 속도와 저온 열처리가 특징인 광소결 기술을 해법으로 제시, 최적의 균일성을 갖는 다공성 구조체를 만드는 데 성공했다. 또 연구팀은 초고속 광소결 기술로 제조된 산화물 내부에 고분자 전해질을 포함하는 복합 전해질을 성공적으로 구현했다.

해당 연구를 다룬 논문은 에너지ㆍ화학 분야 학술지인 ‘ACS 에너지 레터스’ 표지 논문으로 실렸다. 논문 저자 9명 중 6명이 SK온 구성원이다.

SK온은 망간리치(LMRO) 양극재의 황화물계 전고체 배터리 적용 가능성을 분석한 연구 결과도 공개했다.

이규태 서울대 교수 연구팀과 진행한 이 연구는 에너지 소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’의 표지 논문으로 지난달 발간됐다.

LMRO 양극재는 니켈, 코발트보다 저렴한 망간을 사용해 가격 경쟁력이 높지만, 리튬이온 배터리에 적용하면 액체 전해질 부반응으로 인한 가스 발생과 전압 강하, 용량 감소 등의 난제가 있었다.

연구팀은 고온ㆍ고전압 조건에서 충ㆍ방전 중 LMRO 활물질에서 발생한 산소가 황화물계 고체 전해질을 산화시켜 열화가 발생하는 현상을 규명했고, 산소 발생을 저감하는 특수 코팅재를 적용해 수명을 개선하는 방법도 찾았다.

박기수 SK온 R&D본부장은 “이번 성과는 SK온의 적극적 연구개발과 뛰어난 기술 역량이 학계ㆍ기관의 전문가들과 시너지를 만들어 이뤄낸 것”이라며 “SK온은 차세대 배터리 분야를 선도하기 위해 연구개발에 더욱 매진하겠다”고 말했다.

SK온은 고분자-산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발 중이며 각각 2027년, 2029년 상용화 시제품을 생산한다는 목표다. 올해 하반기 대전 배터리연구원에 차세대 배터리 파일럿(시범생산) 플랜트를 완공할 예정이다.