경제타임스 김은국 기자 | LG에너지솔루션이 리튬이온전지의 ‘두 가지 숙제’였던 저온 성능 저하와 열폭주 문제를 동시에 해결할 수 있는 차세대 전해질 기술을 개발했다.
포항공과대학교(POSTECH), 성균관대학교와의 공동 연구를 통해 개발된 이번 기술은 극저온 환경에서도 87%의 용량을 유지하고, 열폭주를 90% 이상 억제하는 혁신적 성과로 평가된다.
■ APT 이온성 화합물 기반 전해질, 성능과 안전성 모두 잡다
LG에너지솔루션은 10월20일, 포스텍·성균관대 공동 연구팀이 ‘알릴 트리메틸 포스포늄(APT, Allyl Trimethyl Phosphonium)’ 계열의 이온성 화합물을 적용한 전해질 기술을 개발했다고 밝혔다.
이온성 화합물은 플러스(양이온)와 마이너스(음이온)가 강하게 결합한 형태로, 전류를 전달하는 핵심 역할을 한다. 그중 APT 계열 화합물은 단순 첨가제가 아닌, 전해질의 동결점을 낮추고 전극 계면 반응을 조절하는 다기능성 물질로 주목받고 있다.
공동 연구팀은 이 물질을 전해질 내에 도입함으로써 저온 환경에서의 이온 이동성 저하와 계면 불안정성을 동시에 개선했다. 실험 결과, 해당 기술이 적용된 리튬이온전지는 영하 20도에서도 100회 충·방전 후 87%의 용량 유지율을 보였다. 이는 기존 전해질 대비 약 8배 이상 향상된 수치로, 일반 배터리 셀이 동일한 조건에서 10% 수준의 용량만 유지하는 점과 대비된다.
■ 열폭주 90% 억제…차세대 실리콘 음극 배터리까지 확장
APT 계열 화합물은 또한 전지의 열안전성 향상에도 탁월한 효과를 입증했다. 연구팀은 고용량 실리콘 음극 전지에 해당 물질을 적용한 결과, 열폭주 현상을 90% 이상 억제하는 데 성공했다. 이는 고에너지 밀도화가 진행되는 차세대 전지에서 가장 중요한 안정성 확보 측면에서 획기적 진전으로 평가된다.
LG에너지솔루션은 이번 기술이 단순한 전기차용 배터리뿐 아니라, 극저온 환경에서 작동해야 하는 항공·우주용 배터리, 혹한기 운송 장비, 특수 산업용 전력 저장장치 등에도 폭넓게 응용될 것으로 내다봤다.
■ "하나의 플랫폼으로 성능과 안전성 모두 확보"
LG에너지솔루션 관계자는 “APT 기반 전해질 기술은 하나의 화합물 플랫폼으로 성능과 안전성이라는 상충된 요구를 동시에 충족시킨 혁신적 사례”라며, “향후 항공·우주·극저온 환경용 배터리뿐 아니라 전기차에서도 새로운 고객 가치를 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이번 연구 결과는 에너지 분야 최고 권위 학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’와 ‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 에이(Journal of Materials Chemistry A)’에 연이어 게재되며, 국제적으로도 그 성과를 인정받았다.
업계 전문가들은 이번 성과를 ‘기후 내성형 배터리(Climate-Resilient Battery)’ 기술 진입의 신호탄으로 평가한다. 기존 전해질의 한계를 뛰어넘은 이번 기술은 향후 북미·유럽 등 혹한 지역 전기차 시장과 항공우주 산업에서 국산 배터리의 경쟁력 강화에 큰 영향을 미칠 것으로 전망된다.
■ 용어 설명
· 알릴 트리메틸 포스포늄(Allyl Trimethyl Phosphonium, APT) = LG에너지솔루션, 포스텍, 성균관대학교 공동 연구팀이 개발한 차세대 배터리 전해질 기술의 핵심 소재로, 포스포늄 계열의 이온성 화합물이다. APT는 양이온(+)과 음이온(-)이 강하게 결합한 이온성 화합물로, 일반 전해질에서 단순한 첨가제 역할을 넘어서 전해질의 물리화학적 성능을 근본적으로 개선하는 다기능성 물질로 주목받고 있다. 특히 이 물질은 전해질의 동결점을 낮추고 점도를 감소시켜, 극저온 환경에서도 배터리 내부에서 이온이 원활히 이동할 수 있도록 돕는다. 이를 통해 영하 20도에서도 약 87%의 충·방전 용량을 유지할 수 있을 만큼 저온 성능을 안정적으로 보장하며, 전통적인 전해질보다 월등한 성능을 입증했다. 또한 APT 계열 화합물은 배터리 계면 반응을 조절해 열폭주(thermal runaway) 현상을 약 90% 이상 억제하는 효과를 보였다. 이는 배터리 화재 시 발생하는 열의 전달 속도를 크게 줄여 안전성을 강화하는 기술적 돌파구로 평가된다. 후속 연구에서는 이러한 APT 화합물이 고용량 실리콘 음극 전지에도 적용될 수 있어, 향후 전고체전지나 리튬금속전지로의 확장 가능성도 제시되고 있다. 이번 기술은 에너지 분야의 권위 있는 학술지 ‘Advanced Energy Materials’와 ‘Journal of Materials Chemistry A’에 동시 게재되었으며, 하나의 이온성 화합물 플랫폼으로 배터리의 성능(이온전도성, 저온 안정성)과 안전성(열폭주 억제)을 동시에 해결한 선도적 사례로 평가된다. LG에너지솔루션 관계자는 이 기술이 전기차뿐 아니라 항공·우주, 극저온 환경용 배터리 등에서도 새로운 고객 가치를 창출할 수 있을 것이라고 밝혔다.
