이피캠텍 '차세대 LiFSI 전해질'

이순호 상무이사(왼쪽), 이희진 연구소장.

대용량 배터리의 수요가 늘어나면서 상용 리튬이온배터리의 전극을 고용량 소재인 실리콘과 하이니켈로 대체하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 실리콘 음극은 충전과 방전 때 부피가 3배 이상 늘었다 줄어드는 것이 반복돼 기계적 내구성이 약한 것이 단점으로 지적돼 왔다. 하이니켈 양극 또한 화학적 불안정성 때문에 대용량 배터리의 성능을 향상시키는 데 한계가 있어 왔다.

리튬 2차전지의 불안정성을 보완해주는 이피캠텍의 '차세대 리튬 비스플루오로술포닐이미드(LiFSI) 전해질'이 2023년 제34주 차 IR52장영실상을 수상했다.

LiFSI 전해질은 2차전지의 핵심 소재 중 하나로 전해액에 들어가는 리튬염 전해질이다. 전해질과 양극, 음극, 첨가제에 따라 상호작용은 각기 다르게 나타나는데 LiFSI 전해질은 전지의 성능과 안정성을 향상시켜 주는 효과가 가장 뛰어난 것으로 알려졌다.

기존 2차전지 산업에서 널리 사용되고 있었던 리튬염 전해질인 LiPF6는 부식 등의 문제로 인해 전지 성능 개선에 있어 한계에 이른 상황이다. LiPF6는 물성이 전반적으로 우수하지만 열 안정성이 약하고 미량의 수분과도 반응해 분해된다. 이에 수분 함량을 20PPM 아래로 유지하기 위해 많은 비용이 소모되는 단점이 있다. LiFSI는 LiPF6, LiTFSI보다 이온전도도가 더 높고 열 안정성이 우수해 차세대 전해질 소재로 각광받고 있다.

이피캠텍의 LiFSI 전해질은 순도 99.95%, 금속 함량 2PPM 이하, 수분 함량 20PPM을 자랑한다. 이피캠텍의 LiFSI 전해질 제조 기술에서 가장 큰 장점은 독자 정제기술 개발을 통한 폐수 처리 비용 절감이다. 불순물 금속 함량 유입을 최소화해 경쟁사보다 더 좋은 배터리 성능을 낼 수 있는 소재를 제조할 수 있다. 제조 공정은 정제·결정화·건조 3단계로 나뉘는데, 전체적인 제조 시간을 경쟁사보다 절반 가까이 줄였으며 수율도 높아 생산성 향상을 통한 가격 경쟁력을 확보했다.

이피캠텍은 양산된 샘플을 솔브레인, 엔켐, 동화EL, 덕산 등 국내 전해액 4개사에 제출해 제품 승인 절차를 진행하고 있다. 또한 원료 구매와 리튬염 첨가제(LiPO2F2) 판매를 통해 중국 내 전해액 회사들과 우호적 관계를 형성하고 있어 LiFSI 전해질 수출을 위한 해외 영업망 확대도 가능할 것으로 전망된다.

주최 : 과학기술정보통신부

주관 : 매일경제신문사 한국산업기술진흥협회

[강민호 기자]