본 연구는 고에너지밀도(350 Wh/kg) 및 장수명(500회 이상) 특성을 갖는 리튬 금속 이차전지(Li-metal battery)를 구현하기 위해, 고안전성 인버스 전해질 시스템(Inverse Electrolyte System)을 개발하는 것을 목표로 한다. 리튬 금속 전극은 높은 이론 용량과 낮은 전위 특성으로 차세대 전지의 핵심 음극소재로 주목받으나, Li dendrite 형성, 전해질 분해, 계면 불안정성 등의 문제로 상용화에 제약이 있어왔다. 이를 해결하기 위해, 본 연구에서는 불소화 첨가제와 에테르계 용매 기반 전해질을 활용하여 SEI(고체 전해질 계면) 안정화 및 Li dendrite 억제 기술을 개발하였다. 구체적으로, 불소화 첨가제 설계 및 구조 최적화를 통해 전해액의 내산화성 및 전극 계면 안정성을 향상시키고, Polymeric SEI 형성 첨가제를 적용하여 리튬 금속 전극 표면 보호막을 구축하며, Solvent-in-salt 전해질 시스템을 도입하여 고전압 조건에서의 전해질 산화·분해 거동을 제어하였다. 또한, 음극 반쪽셀 및 풀셀 단위에서 초기 효율, 가용 용량, 수명 특성을 평가하고, Ex-situ/in-situ 분석을 통해 전해질-전극 계면 반응 메커니즘을 규명하였다. 이를 통해 리튬 금속 전극의 고온·고전압 환경에서의 가역성을 확보하고, 장수명 특성을 갖는 고에너지밀도 전지 개발 기반을 마련하였다. 본 연구 성과는 리튬 금속전지의 상용화에 필수적인 안전성·신뢰성 확보 기술로, 전기차 및 차세대 ESS(Energy Storage System) 적용을 가속화하고, 국내 배터리 산업의 글로벌 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다.

솔브레인 주식회사

2016년 2월 - 2020년 11월