‘리튬이온전지’ 화재 막을 난연성 전해질 용액 개발

국내 연구진, 국제 학술지에 발표
인화점 높여 열폭주 억제하는 효과

고인화점 전해질을 개발한 KIST 에너지저장연구센터 연구팀. 앞줄 왼쪽부터 시계 방향으로 전아리 학생연구원, 이민아 선임연구원, 이지나 학생연구원. KIST 제공

국내 연구진이 전기차에 쓰이는 이차전지인 리튬이온전지의 화재와 열폭주를 억제할 수 있는 난연성 전해질 용액(전해액)을 개발했다.

이민아 한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구센터 선임연구원, 서동화 KAIST 신소재공학과 교수, 김용진 한국생산기술연구원 수석연구원과 백자연 선임연구원 공동 연구팀은 ‘선형 유기카보네이트 분자구조’를 제어해 리튬이온전지의 화재와 열폭주를 억제하는 방법을 찾아 국제학술지 ‘에너지와 환경과학’에 발표했다고 9일 밝혔다.

리튬이온전지에 불이 붙으면 연쇄적인 발열반응을 동반한 열폭주 현상이 일어나 화재 진압이 어렵다. 상용 리튬이온전지의 전해액으로 쓰이는 선형 유기카보네이트 용액은 인화점이 낮아 상온에서 쉽게 불이 붙는다. 이를 개선하기 위해 나온 전해질 난연성 강화법은 전해질의 이온 전달 능력을 저하시키는 단점이 있었다.

연구팀은 선형 유기카보네이트인 DEC 분자에 인화점을 높이고 이온전도도를 강화한 전해액 BMEC를 개발했다. 이 용액의 인화점은 기존 DEC보다 90도 올라간 121도다. BMEC는 고온 노출 시 기존 전해액 대비 가연성 기체 발생이 37%, 발연이 62% 감소했다. 1Ah(시간당 1암페어)급 리튬이온전지에 적용해 500회 이상 안정적으로 구동하며 호환성도 검증했다.

연구팀은 “70% 정도 충전한 4Ah급 리튬이온전지의 관통시험으로 화재 및 열폭주가 억제된다는 점도 확인했다”며 “이번 연구는 열적 안정성이 우수한 고성능 배터리의 등장을 앞당길 것”이라고 밝혔다.

문세영 동아사이언스 기자 moon09@donga.com