[한국기술뉴스] 경상국립대학교 금속재료공학전공 안효준교수 연구팀은 용량 및 사이클 특성을 향상시키는 음극 기반 이차전지 제조법을 개발했다. 개발된 기술은 경상국립대학교 산학협력단을 통해 2019년 10월 14일 특허를 출원(출원번호 제1020190127316호)했다. 특허 명칭은 '음극, 이를 포함하는 이차 전지, 및 이의 제조방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다. 

[기자]

현재 높은 에너지 밀도와 전압을 가지는 리튬 이차 전지는 널리 사용되고 있지만, 리튬의 높은 가격과 한정된 매장량으로 시장이 확대되는 것은 어려운 실정입니다. 따라서, 차세대 전지로서 비교적 낮은 가격과 높은 에너지 밀도를 가지는 소듐을 사용하는 소듐 이온전지에 대한 활발한 연구가 이뤄지고 있습니다. 그러나 리튬 이온전지에서 사용되는 흑연 음극은 높은 에너지를 갖는 전지를 개발할 수 없는 문제점이 존재하기에, 새로운 음극의 개발이 필요합니다.

경상국립대학교 연구팀은 충방전 사이클 특성 및 용량이 향상된 음극과 에테르계 전해질을 포함하는 이차 전지의 제조 방법을 발명했습니다.

Sn 금속을 압연하여 Sn 금속층을 형성해 음극을 제조합니다. 대극으로 소듐 금속을, 분리막으로는 celgard 2400과 glass fiber filter를 같이 사용합니다. 1M NaPF6+DME 전해질을 충분히 삽입합니다. 이후 전극을 적층하여 전지를 밀봉함으로써 밀폐된 하프-셀을 구성해 전극 성능 평가를 진행합니다.

연구팀은 0.5 C의 전류밀도에서 100 사이클 후 694 mAh/g의 높은 용량을 유지했습니다. 이는 에테르계 용매를 도입하여 얇은 SEI(solid electrolyte interface)층이 생성되고, 기공의 크기가 다른 2가지의 분리막을 사용하여 내부단락을 지연시켜 결과적으로 전극의 충방전 사이클 특성을 향상시킬 수 있음을 확인하였습니다. 이후 Na3V2(PO4)3 양극을 이용한 풀-셀을 조립하여 1 A/g의 전류밀도에서 300 사이클 후 97 mAh/g의 용량을 유지해 풀-셀에 적용할 수 있음을 확인하였습니다.

.

가역적으로 알칼리 토금속과 합금화 및 탈합금화가 가능한 금속을 음극으로 적용하여 음극의 용량 향상이, 에테르계 용매를 포함하는 전해질을 적용해 사이클 특성 향상이 가능할 수 있습니다. 본 발명은 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있어 용량 및 사이클 특성이 향상된 이차 전지를 제공할 수 있을 것으로 기대됩니다.