진주 세라믹기술원, 화재위험이 없는 소형 전고체전지 개발 성공

전자제품 기판 실장이 가능한 산화물 전고체전지 개발 상용화 가능

국내 연구진에 의해 다양한 전자제품 PCB 기판 실장이 가능한 소형 전고체전지가 개발돼 인체에 무해하며 발화의 위험이 없는 꿈의 배터리 상용화에 문을 열었다.

경남 진주 소재 한국세라믹기술원 최문희, 신효순, 지상수 박사 연구팀은 산화물계 고체전해질을 이용해 전자제품 PCB 기판에 표면 실장이 가능한 소형 전고체전지를 개발했다. 특히 수동부품 제작을 위한 다층 적층 공정을 이용해 대량생산이 가능한 공정기술도 확보했다.

최근 IoT 전자 기기 내 복잡하고 다양한 기능이 구현됨에 따라 기판 자체에서 실장돼 개별 전원공급이 가능한 동시에 발화 위험이 없는 고안전성 소형 이차전지 개발의 필요성이 한층 높아졌으며 막대한 규모의 시장이 형성될 것으로 예측하고 있다.

▲한국세라믹기술원 최문희, 신효순, 지상수 박사 연구팀. ⓒ세라믹기술원

초소형 이차전지는 일반적인 전기자동차와 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)용 이차전지보다 크기가 작아 기술적 난이도가 매우 높고 이에 따른 에너지 밀도 개선이 어려운 문제가 있었다.

최문희 박사 연구팀은 해당 문제점을 개선하기 위해 7가지 이상의 배터리 소재들을 혼합해 균일한 두께의 박막시트 제작한 후 이를 일정하게 적층해 에너지 밀도를 향상시키는 다층 적층 공정을 기존 MLCC(Multi Layer Cerami Capacitor) 제조 공정과 접목하고 전자기판에 실장 가능한 표면실장소자(Surface Mounted Device, SMD) 형태로 제작하는데 성공했다.

나아가 연구팀은 본 적층 기술을 통해 대면적화 공정 기술 개발도 진행하고 있어 높은 안정성이 요구되는 ESS까지 응용 범위를 확대하고 있다고 밝혔다.

한국세라믹기술원 최문희 박사는 “이 전고체전지를 개발하는 과정에서 고체전해질과 전극 소재들 각각의 표면 처리 기술과 우수한 품질의 박막시트화 기술을 개발해 차세대 소형 전고체 제작을 위한 핵심 기초기술을 확보했다”고 전했다.

또 “공정비용이 저렴한 다층 적층 공정 방식은 대량생산도 가능한 획기적인 기술로 볼 수 있어 배터리 소재를 개발하는 다양한 국내 연구진과 공동연구가 이루어진다면 IoT 기기에 직접적인 사용이 가능한 날이 멀지 않았다“고 말했다.

이번 연구 성과는 산업통상자원부가 주관하고 한국산업기술기획평가원이 시행하는 ‘기판실장용 산화물계 초소형 적층 전고체전지(MLCB) 개발 사업’의 지원을 받아 추진됐다.