LG에너지솔루션(358,500원 0%)은 서울대 화학부 임종우 교수 연구진과 공동 연구를 통해 차세대 LMR(리튬·망간·리치) 배터리의 안정성을 개선할 수 있는 핵심 기술을 확보했다고 7일 밝혔다.
이 연구 결과는 기술적 성과와 학술적 가치를 인정받아 세계적인 권위의 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다.
LMR은 코발트를 사용하지 않고 저렴한 망간을 주원료로 활용해 소재 비용을 줄일 수 있는 차세대 양극 소재다. 니켈과 망간 같은 전이금속 뿐 아니라 소재 내부의 산소까지 에너지 저장에 활용해 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다는 장점이 있다.
반면 충전 중 산화된 산소가 방전 과정에서 완벽히 회복되지 않을 경우 배터리 내부 구조 손상과 가스 발생을 유발할 수 있다. 이는 내부 여유 공간이 제한적인 전기차용 대형 셀에서 내부 압력 상승과 성능 저하를 유발해 LMR 상용화의 최대 난제로 여겨져 왔다.
공동연구팀은 충·방전 조건에 따른 산소의 산화·환원 거동을 정밀 분석했고, 산소 회복을 좌우하는 핵심 변수가 충전 상한 전압뿐 아니라 방전 하한 전압에도 있음을 밝혀냈다.
실제로 충전 상한 전압을 4.6V(볼트)에서 4.3V로 낮추자 산화된 산소의 환원율이 86%에서 97%로 향상됐다. 또 방전을 기존 3.0V가 아닌 2.0V까지 진행했을 때 산소가 거의 원래 상태로 회복되는 현상을 확인했다.
LG에너지솔루션 연구진은 이 같은 분석 결과를 토대로 40Ah(암페어시)급 LMR 대형 셀의 구동 전압 범위와 활성화 공정 조건을 재설계했다. 특히 활성화 단계에서 온도를 낮추는 공정을 적용해 대형 셀 특유의 가스 발생을 효과적으로 억제했다. 그 결과 883회의 충·방전 평가 이후에도 초기 에너지의 92.2%를 유지하며 높은 수명 안정성을 입증했다.
LG에너지솔루션 관계자는 "이번 연구는 대형 셀에서도 안정적인 배터리 수명을 확보할 수 있음을 보여준 성과"라며 "차세대 LMR 배터리 시장에서의 성장을 가속할 수 있는 중요한 발판을 마련했다"고 말했다.
