가천대학교는 최정현 화공생명배터리공학부 교수 연구팀이 리튬이온전지의 에너지밀도를 높일 수 있는 ‘후막 건식 음극 사전리튬화(prelithiation)’ 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

이번 연구는 건식 전극 제조와 사전리튬화를 통합한 원스텝(one-step) 공정 전략을 채택하여 초기 리튬 손실을 보상함으로써 초기 충방전 효율(ICE)과 셀 에너지밀도를 동시에 개선하는 데 중점을 두었다. 기존 사전리튬화 기술은 별도의 공정이 필요하고 연속식 생산라인에 적용하기 어려워 상용화에 한계가 있었으나, 이번 연구팀의 접근법은 이러한 문제를 해결했다.

연구팀은 건식 공정 기반의 고에너지밀도 후막 음극을 리튬 메탈이 코팅된 동박(Li/Cu) 집전체에 직접 접합하는 방식을 적용했다. 이 과정에서 기존 건식 전극에서 사용하던 접착층을 제거하고 비가역 반응을 보상할 추가 리튬을 공급하는 구조로 설계하여 별도의 습식 공정이나 복잡한 후처리 없이 구현 가능하도록 했다.

성능 평가 결과, 해당 공정을 적용한 음극은 기존 건식 전극 대비 전기저항이 감소하고, 고체전해질계면(SEI)이 균일하게 형성되었다. 실리콘/흑연(Si/G) 음극과 니켈-리치(Ni-rich) 양극을 적용한 풀셀 시험에서는 기존 대비 20% 이상 향상된 에너지밀도와 안정적인 사이클 특성을 확인했다.

이번 연구는 울산과학기술원(UNIST) 곽원진 교수, 중앙대학교 문장혁 교수 연구팀과 공동으로 수행되었으며, 연구 성과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘Energy & Environmental Science’에 지난달 21일 온라인 게재되었다. 최정현 교수는 “건식 공정의 장점을 유지하면서도 음극의 초기 효율 저하 문제를 개선했다”며 “에너지밀도 향상과 함께 제조 비용 절감에도 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

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