차세대 ‘리튬메탈전지’ 원천기술 확보

LG에너지솔루션

LG에너지솔루션과 GM의 합작 1공장에서 직원들이 배터리를 생산하고 있다.

KAIST와 공동연구로 개발 성공
주행거리 50%↑ 충전 효율 배가
세계적 학술지에도 실려 주목
미래 배터리 기술리더십 강화

LG에너지솔루션은 KAIST 공동연구팀과 함께 차세대 배터리로 주목받고 있는 리튬메탈전지(Lithium metal battery)의 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 기술 개발에 성공했다. 리튬이온전지 대비 주행거리를 약 50% 늘리고, 충·방전 효율 및 수명 또한 대폭 개선할 수 있는 리튬메탈전지 관련 원천기술이다.

배터리 업계 관계자는 “소비자들이 전기차 구매에 있어 가장 고민하는 부분은 주행가능거리와 배터리 성능”이라며 “이번 LG에너지솔루션의 성과는 주행가능거리를 늘리고, 배터리 효율을 높이기 위한 다양한 연구개발(R&D) 중에서도 가장 의미가 큰 성과”라고 말했다. 실제 이번 성과는 세계적인 학술지 ‘네이처 에너지’에 발표돼 국제적으로도 큰 주목을 받았다.

LG에너지솔루션과 KAIST 공동연구팀은 리튬메탈전지의 핵심 문제인 ‘덴드라이트’와 액체 전해액에 의한 부식 문제를 해결하기 위해 세계 최초로 ‘붕산염-피란 기반 액체 전해액’을 리튬메탈전지에 적용했다. 충·방전 시 리튬메탈 음극 표면에 형성되는 고체 전해질 층을 효과적으로 재구성함으로써, 전해액과 리튬메탈 음극 간의 부식 반응을 차단하고 충·방전 효율을 향상시켰다.

이번 연구는 지금까지 실현 불가능하다고 여겨진 액체 전해액을 기반으로 하는 리튬메탈전지의 구현 가능성을 가시화한 것으로, 배터리 업계에서는 이번 성과가 미래 전기차 시장에 큰 영향을 줄 것으로 보고 있다.

실제 이 원천기술을 활용하면 1회 충전에 900km 주행이 가능한 고에너지 밀도의 달성뿐 아니라 400회 이상의 재충전이 가능한 수명 안정성 확보도 가능하다. 또한 이번 연구에서 구현된 리튬메탈전지는 전고체 전지와는 달리 구동 시 높은 온도와 압력이 요구되지 않아 전기차의 주행거리를 높이기 위한 간소화된 전지 시스템 설계가 가능하다.

LG에너지솔루션이 개발한 원통형 전지.

LG에너지솔루션은 리튬메탈전지 외에도 차세대 배터리 분야에서의 혁신과 성과를 통해 기술 리더십을 공고히 하고 있다.

항공 분야에 적합한 리튬금속전지의 경우 2020년 8월 한국항공우주연구원과 협업하여 개발한 리튬-황 전지를 무인기에 탑재하여 22km 고도의 성층권 비행에 성공했다. 무게 대비 높은 에너지 밀도를 지닌 이 배터리를 통해 항공 분야에서의 실용성을 입증했으며, 내구 수명 측면에서의 한계 극복과 황 전극, 셀 조립 스케일업의 핵심 난제를 해결하는 데에도 성공했다.

2021년 9월에는 미국의 샌디에이고 대학과 함께 Si음극을 적용한 전고체전지에 높은 에너지 밀도와 충전 성능을 구현하여 사이언스지에 공개하기도 했다. 이 외에도 다양한 음극 및 양극의 시도를 통해 고성능화와 스케일업을 위한 요소 기술을 확보하며, 차세대 배터리의 개발에서도 선도적인 역할을 하고 있다.

한편, LG에너지솔루션은 장기적인 미래 대비 및 기술 리더십 구축을 위해 지난해 말 미래기술센터를 신설하고 차세대 배터리 분야에서의 연구와 개발을 통해 얻은 요소기술을 활용하여 제품화 및 사업화를 가속화하는 데 초점을 맞추고 있다.

이를 통해 근본적인 경쟁력을 더욱 강화하고 지속가능한 성장과 혁신적인 고객가치 창출을 통해 글로벌 퍼스트 무버로서 압도적인 경쟁우위를 확보해 나갈 계획이다.