SWTV - LG에너지솔루션-서울대, LMR 배터리 상용화 핵심 기술 확보

[SWTV 오한길 기자] LG에너지솔루션과 서울대학교 연구진이 차세대 배터리로 주목받는 LMR(리튬망간리치) 배터리의 안정성을 혁신적으로 개선할 수 있는 핵심 기술을 확보했다.

LG에너지솔루션은 서울대학교 화학부 임종우 교수 연구진과의 공동 연구를 통해 LMR 배터리의 전기차용 대형 셀 적용 가능성을 높이는 연구 성과를 달성했다고 7일 밝혔다.

▲ LG에너지솔루션 LMR배터리. [사진=LG에너지솔루션]

이는 LMR 배터리 충·방전 과정에서 발생하는 가스 발생과 용량 저하의 원인을 규명하고, 이를 제어할 수 있는 대형 셀 최적 운용 조건을 연구팀이 개발한 것이다. 

LMR은 코발트를 사용하지 않고 저렴한 망간을 주원료로 활용해 소재 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 차세대 양극 소재로, 니켈과 망간 같은 전이금속 뿐만 아니라 소재 내부의 산소까지 에너지 저장에 활용해 높은 에너지 밀도를 구현할 수 것이 장점이다.

하지만 충전 중 산화된 산소가 방전 과정에서 완벽히 회복되지 않을 경우 배터리 내부 구조 손상과 가스 발생을 유발할 수 있는 점이 LMR 상용화의 최대 난제로 꼽혀 왔다.

이에 공동연구팀은 충·방전 조건에 따른 산소의 산화·환원 거동을 정밀 분석해 산소 회복을 좌우하는 핵심 변수가 충전 상한 전압뿐 아니라 방전 하한 전압에도 있음을 밝혀냈다.

LG에너지솔루션 연구진은 이같은 분석 결과를 바탕으로 40Ah급 LMR 대형 셀의 구동 전압 범위와 활성화 공정 조건을 재설계했다. 특히 활성화 단계에서 온도를 낮추는 공정을 적용해 대형 셀 특유의 가스 발생을 효과적으로 억제하는 데 성공했다.

최적화된 구동 조건이 적용된 40Ah급 LMR 대형 셀은 883회의 충·방전 평가 후에도 초기 에너지의 92.2%를 유지하며 압도적 수명 안정성을 입증했다. 

LG에너지솔루션 관계자는 “이번 연구는 LMR 배터리의 주요 과제였던 가스 발생을 효과적으로 억제해 대형 셀에서도 안정적 배터리 수명을 확보할 수 있음을 보여준 성과다”며 “이를 통해 차세대 LMR 배터리 시장에서의 성장을 가속할 수 있는 중요한 발판을 마련했다”라고 말했다.

한편 이 연구 결과는 세계적 권위의 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.

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