국립부경대 조계용 교수팀, 이차전지 ‘열 폭주’ 억제 분리막 개발

리튬이온 배터리 분리막, 불소계 고분자 코팅 자기소화(消火)능력 부여

국제학술지 ‘Journal of Materials Chemistry A’ 게재·표지 논문 선정

국립부경대학교 조계용 교수(공업화학전공) 연구팀은 전기차 등에 사용되는 리튬 이온 이차전지의 ‘열 폭주’를 억제하는 분리막을 개발했다.

조계용 교수 연구팀(왼쪽부터 조계용 교수, 박재원, 권영제, 김세훈, 배지우, 이민정, 윤정식 교수).

국립부경대 조계용 교수, 박재원 석사과정 연구원, 권영제 박사과정생, 인천대 윤정식 교수(에너지화학공학과) 등으로 구성된 연구팀은 리튬 이온 배터리의 열적 안정성을 향상하고 자기 소화능력 도입을 통해 화염을 억제하는 분리막을 개발했다.

연구팀은 기능화된 불소계 고분자를 상용 폴리프로필렌 분리막에 코팅하고, 가교반응(사슬 모양 구조의 천연·합성 고분자에 새 화학 결합을 만들어 삼차원 그물 구조를 가지게 하는 반응)을 이용해 이 분리막을 개발했다.

최근 탄소 배출량을 줄이기 위해 수소 전지나 리튬 이온 배터리 기반 이동 수단 개발이 진행되고 있지만, 리튬 이온 배터리 기반 전기자동차의 치명적인 단점으로 유기 전해질의 발화에 다른 열 폭주 현상 등 안전에 대한 우려가 제기되고 있다.

조계용 교수 연구팀이 개발한 리튬 이온 이차전지용 분리막은 열적 안정성을 향상한 것은 물론, 자기 소화(消火)능력을 갖춰 이 같은 열 폭주 현상을 억제할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

불소계 고분자 코팅층이 고분자의 가교반응을 통해 고온에서 분리막의 열 수축을 억제해 분리막의 고온 안전 특성을 향상시켰고, 연소 시 분리막의 전해질과 코팅층이 함께 분해되며 부촉매 소화 효과를 통해 배터리 화재가 발생했을 때 지속적인 발화 현상을 억제하며 자기 소화능력을 보였다.

논문 제1 저자인 박재원 연구원은 “이번 연구로 리튬 이온 배터리의 안전성에 대한 우려를 해소하는 것은 물론, 친환경적인 미래를 위해 리튬 이온 배터리가 더욱 다양한 분야에서 사용될 수 있기를 기대한다”라고 말했다.

기능화된 불소계 고분자 코팅을 통한 분리막의 자기소화와 내부 단락 억제 모식도 이미지.

이번 연구는 지자체·대학 협력기반 지역혁신사업(RIS), 산업통상자원부와 연구재단의 우수신진연구사업의 지원을 받아 수행됐고, 연구 결과를 담은 논문 ‘Fluorine-rich modification of self-extinguishable lithium-ion battery separators using cross-linking networks of chemically functionalized PVDF terpolymers for highly enhanced electrolyte affinity and thermal-mechanical stability’는 국제학술지 (IF 11.9 / JCR 상위 8.8%)에 1월 28일 게재됐고 표지논문으로도 선정됐다.

영남취재본부 이동국 기자 marisdy@asiae.co.kr