성균관대 양우석 교수팀, 대용량 리튬이온 배터리의 성능 저하 원인 규명

성균관대학교는 화학공학·고분자공학부 양우석 교수 연구팀이 리튬 이온 전지의 성능을 떨어뜨리는 흑연 후막 음극의 열화 원인을 밝혀냈다고 22일 밝혔다.

리튬 이온 배터리 수요가 급속히 늘어나면서 고용량 배터리를 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 리튬 이온 저장량이 커지도록 후막 전극을 사용하는 배터리가 주목받고 있다. 그러나 낮은 안정성 등은 단점으로 꼽힌다.

양 교수 연구팀은 한국기계연구원 우규희 박사 연구팀과의 공동 연구를 통해 흑연 후막 전극의 열화 원인을 분석했다. 연구팀은 리튬 이온이 비정상적으로 증착된 형태인 리튬 덴드라이트가 후막 전극 열화의 원인이라고 제시했다.

연구팀은 이를 통해 배터리의 열화를 예측할 수 있다고 보고했다. 연구팀은 배터리를 분해하지 않고 전기화학적으로 배터리의 내부 저항을 측정할 수 있는 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 기반으로 이를 확인했다. 흑연 후막 음극에서 발생하는 저항을 EIS라는 비파괴 분석법을 통해 측정한 것.

양 교수는 "EIS를 활용한 후막 전극 열화 원인 해석은 단순한 원인 도출뿐만 아니라 배터리 열화를 예측할 수 있는 기준을 제시한 것"이라며 "리튬 이온 배터리 말고도 차세대 배터리로 연구되는 건식 전극 등 다양한 연구 분야에서도 참고·활용할 수 있는 분석 모델"이라고 말했다.

이번 연구 논문(Deciphering the degradation mechanism of thick graphite anodes in high-energy-density Li-ion batteries by electrochemical impedance spectroscopy)은 국제학술지 저널 오브 인더스트리얼 앤 엔지니어링 케미스트리 10월호에 게재될 예정이다.

이번 연구에는 양우석 교수와 우규희 박사가 교신저자, 윤진수·장소희 석사과정생이 공동 제1저자로 참여했다.