SK온, 서울대와 고밀도 단결정 양극재 개발 … 배터리 성능·안정성·에너지 밀도 ↑

SK온이 고밀도 대형 입자 단결정 양극 전극 개발에 성공하며 차세대 배터리 기술 경쟁력 강화에 속도를 내고 있다. 이번 성과는 배터리 수명과 에너지밀도를 동시에 끌어올릴 수 있는 기술적 돌파구로 평가된다.

SK온은 대형 입자로 구성된 고밀도 단결정 양극 전극 개발에 성공하며 차세대 양극재 개발에 획기적 돌파구를 마련했다고 8일 밝혔다. 이번 성과는 단결정 양극 소재 합성 과정의 기술적 한계를 규명하고 새로운 합성 경로를 제시함으로 배터리 수명과 안정성, 에너지밀도 향상에 기여할 것으로 기대된다. 이번 연구는 서울대학교 강기석 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 이뤄졌으며, 세계 최고 권위 학술지인 '네이처 에너지'에 논문으로 게재됐다.

기존 단결정 양극재는 단일한 결정 구조로 균열이 일어나지 않아 안정성과 수명이 뛰어나다는 장점이 있다. 다만, 소재 합성 과정에서 구조적 안정성을 확보하기 어렵다는 한계로 인해 배터리 업계의 난제로 꼽혀왔다. 특히 높은 온도에서 장시간 열처리가 필요한 니켈 기반 양극 소재의 경우, 배터리 출력과 충∙방전 속도 저하 등을 초래해 문제로 지적됐다.

SK온과 서울대 연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 합성 방안을 고안했다. 규칙적인 배열 형성으로 결정 성장이 쉬운 나트륨 기반 단결정 생성 이후 이온 교환을 통해 리튬으로 대체하는 방식을 도입했다. 이를 통해 단결정 구조가 유지된 양극 소재를 얻어내는 데 성공했다.

연구진은 최적의 합성 조건과 형성 메커니즘을 분석해 대형 입자로 구성되고 양이온 무질서가 없는 '울트라 하이니켈' 단결정 양극재 개발에 성공했다. 울트라 하이니켈은 양극재 내 니켈 함량이 94% 이상인 소재를 의미한다. SK온은 해당 양극재가 높은 에너지밀도와 우수한 기계∙화학적 안정성을 가졌다고 전했다.

SK온과 서울대 연구진은 이번 성과를 바탕으로 차세대 양극재 개발을 위한 후속 연구도 이어갈 예정이라고 밝혔다.

박기수 SK온 미래 기술원장은 "이번 연구 성과는 배터리 소재 분야에서 SK온이 지닌 기술 경쟁력을 확실히 보여주는 사례"라며 "앞으로도 학계와 협력을 통해 혁신적인 연구개발을 지속하고 기술 리더십을 강화해 나가겠다"고 말했다.