롯데케미칼, 전고체 배터리 '덴드라이트' 억제 소재 국내 최초 개발

고분자계 고체전해질 기반
분리막 코팅소재 제조 기술
기존 공정 적용…투자비 절감

롯데케미칼이 전고체·반고체 등 고체 전해질 기반 배터리의 분리막에 코팅해 '덴드라이트(Dendrite)' 현상을 억제하는 기능성 소재를 국내 최초로 개발했다. 덴드라이트는 리튬이온 배터리를 충전하는 과정에서 음극 표면에 생기는 뾰족한 나뭇가지 모양 결정체를 말한다. 배터리 수명과 안전성을 떨어뜨리는 주요 원인으로 꼽힌다.

롯데케미칼은 차세대 전고체·반고체 리튬메탈 배터리에 사용되는 리튬메탈 음극재의 불안정성을 해결하는 고분자계 고체 전해질 기반 ‘분리막 코팅소재 제조 기술’을 국내 최초로 개발하고 국내 특허 출원을 완료했다고 28일 밝혔다. 반고체·전고체 리튬메탈 배터리는 기존 리튬이온 배터리 대비 높은 에너지 밀도와 안정성으로 '차세대 배터리'로 평가받는다.

이번 출원된 기술은 리튬이온 흐름성을 개선하는 기능성 소재를 리튬메탈 배터리 분리막에 코팅해 덴드라이트 현상을 억제함으로써 리튬메탈 배터리 내구성을 개선한 것이 핵심이다. 이를 통해 리튬메탈 음극재의 장기 안정성과 내구성을 확보할 수 있으며, 500사이클에서 90% 이상의 용량 보존율을 보여 기존 코팅이 없는 분리막 대비 약 30% 이상의 내구성 향상 효과를 기대할 수 있다.

이 기술은 기존 리튬이온 배터리 제조설비에 바로 사용할 수 있어 차세대 반고체·전고체 리튬메탈 배터리 생산설비 구축 시 투자비를 절감할 수 있다. 롯데케미칼은 2021년 리튬메탈음극재 개발 미국 스타트업 '소일렉트(SOELECT)'에 지분 투자 및 JDA(공동연구개발) 체결 이후 약 2년 만에 이 기술을 개발했다.

롯데케미칼 고분자계 고체전해질 기반 분리막 코팅소재가 적용된 리튬메탈 배터리 [사진제공=롯데케미칼]

롯데케미칼은 현재 국내외 리튬메탈 배터리 연관 업체, 대학 등과 기술 적용을 위한 테스트 중이며 전문 연구기관들과 추가 협력관계를 구축할 예정이다. 리튬메탈 음극재가 적용 가능한 시장을 개척하고 리튬메탈 배터리의 상용화를 앞당기는 데 기여하겠다는 구상이다.

황민재 종합기술원장은 "롯데케미칼이 보유한 미래소재 기술을 통해 배터리 핵심 기술을 신속히 확보할 것"이라며 "글로벌 배터리 소재 시장을 적극적으로 공략하고 관련 시장을 선도해 나가겠다"고 말했다.

조성진 소일렉트 대표는 "이번 롯데케미칼과의 공동개발을 통해서 고용량 리튬 메탈 음극의 수명특성 향상을 위한 고분자형 전해질과 이를 응용한 소재 및 공정 기술을 개발했다"며 "앞으로 다양한 협력을 통해서 고안정성 리튬메탈배터리 상용화에 속도를 내겠다"고 했다.

롯데케미칼은 지난해 '전지소재사업단'을 신설하고 신성장동력 일환으로 배터리 소재 사업 역량 확대를 본격 추진하고 있다. 올해 하반기에는 충남 대산공장 내 전기차 배터리용 전해액 유기 용매인 고순도 에틸렌카보네이트(EC)와 디메틸카보네이트(DMC) 생산 시설 기계적 준공을 앞두고 있다.

롯데케미칼은 향후 친환경차 수요 증가와 신재생에너지 확대에 대비해 체계적이고 선제 투자·육성을 통해 전기차-배터리-소재로 이어지는 글로벌 공급망 핵심 회사로 성장한다는 계획이다.

최서윤 기자 sychoi@asiae.co.kr