본 연구는 차세대 나트륨 이온전지(Na-ion battery)의 상용화를 위해, 기존 리튬이온전지 분리막 대비 고내열성(200℃에서 열수축률 ≤5%)과 고이온전도도(≥9 mS/cm)를 동시에 확보할 수 있는 분리막 및 전해액 기술을 개발하는 것을 목표로 한다. Na-ion 전지는 리튬자원의 희소성과 가격 문제를 대체할 수 있는 차세대 전지 기술로 주목받지만, 전극–전해질 계면 반응, 전해액 안정성 부족, 분리막 내열성 한계 등이 해결 과제로 지적되어 왔다. 이를 위해 연구는 두 가지 축으로 진행되었다. 첫째, 나노섬유 기반 shut-down 기능성 분리막 개발이다. 전기방사 기반 double layer 제조 공정을 확립하고, 저온 용융특성을 갖는 고분자 후보소재를 도입하여 열안정성과 shut-down 기능을 강화하였다. 제조된 분리막의 SEM, FT-IR, 통기도, LSV 등 물성·전기화학 특성을 평가하고 DB를 구축하였다. 둘째, 고안전성 전해액 시스템 개발이다. NaPF6, NaTFSI, NaFSI 혼합염과 첨가제를 조합해 전해액의 안정성을 개선하고, 알루미늄 집전체 부식 억제 성능을 검증하였다. 또한, 하드카본 음극과 전해액 간 계면 안정화를 위해 다양한 첨가제(FEC, VC 등)를 평가하고, 부반응 억제 및 SEI 형성 원리를 규명하였다. 이를 기반으로 준고체형 신규 전해질 시스템을 개발하고, Full cell 설계·제조 공정 최적화를 통해 실증 수준의 성능을 확보하였다. 본 연구는 Na-ion 전지의 안전성·내열성·고성능 특성을 동시에 확보할 수 있는 핵심 기반 기술을 제시하였으며, 향후 ESS 및 대용량 저장장치 분야에서 리튬이온전지를 대체할 수 있는 차세대 전지 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다.

전자부품연구원

2014년 9월 - 2021년 4월