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[IT뉴스]커피믹스 양산 공법 응용해 고용량 이차전지 전극 제조

온카뱅크관리자

2025-04-07 10:47:31

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 <img alt="황인성 한국전기연구원(KERI) 선임연구원이 이차전지 전극 재료가 섞인 복합 분말을 필름 형태로 만드는 캘린더링 공정을 통해 이차전지용 건식 전극을 제조하고 있다. KERI 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202504/07/dongascience/20250407104620035xzvu.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="ynR7IlKGLL" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202504/07/dongascience/20250407104620035xzvu.jpg" width="658">
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 황인성 한국전기연구원(KERI) 선임연구원이 이차전지 전극 재료가 섞인 복합 분말을 필름 형태로 만드는 캘린더링 공정을 통해 이차전지용 건식 전극을 제조하고 있다. KERI 제공
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 국내 연구팀이 커피믹스 등을 대량 생산하는 공법인 분무 건조 방식을 응용해 고용량 이차전지 전극을 제조하는 기술을 개발했다.
 한국전기연구원(KERI)은 황인성 차세대전지연구센터 선임연구원팀이 한국재료연구원(KIMS)과 공동 연구를 통해 고용량 이차전지 구현을 위한 '분무건조 기술 기반의 고성능 건식 전극 제조기술'을 개발했다고 7일 밝혔다. 연구결과는 지난달 24일(현지시간) 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 공개됐다.
 이차전지 전극은 전기에너지를 저장하는 활물질과 전기 흐름을 원활하게 하는 도전재, 이들을 섞는 접착제인 바인더를 섞어 제조된다. 재료를 섞는 방법은 용매를 활용한 습식 공정과 고체 가루 형태로 섞는 건식 공정으로 나뉜다. 건식 공정은 습식 공정보다 친환경적이고 활물질 비율을 높여 전극의 에너지 밀도를 높일 수 있는 기술이지만 균일하게 혼합하기 어렵다.
 연구팀은 식품·제약 업계에서 제품 양산에 널리 활용되는 분무 건조 기법을 건식 공정에 적용했다. 분무 건조는 커피 농축액을 분사하면서 뜨거운 바람을 가해 고체 분말을 만들어 커피믹스를 대량 생산하는 식으로 활용된다.
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 <img alt="분무 건조 기반 이차전지용 건식 전극 제조공정 모식도. KERI 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202504/07/dongascience/20250407104621389qocs.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="WiHD4POJLn" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202504/07/dongascience/20250407104621389qocs.jpg" width="658">
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 분무 건조 기반 이차전지용 건식 전극 제조공정 모식도. KERI 제공
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 KIMS 연구팀은 활물질과 도전재를 액체 형태로 섞고 유리관으로 된 고온의 챔버에 분사했다. 높은 온도로 용매는 순식간에 증발하고 고르게 혼합된 활물질과 도전재의 복합 분말만 얻는 원리다.
 KERI 연구팀은 활물질-도전재 복합 분말을 바인더와 혼합한 뒤 실처럼 가닥으로 늘리는 섬유화 작업을 진행했다. 활물질-도전재-바인더가 정교하게 결합된 구조체를 만든 것이다. 이후 밀도가 균일한 얇은 필름 형태로 만드는 캘린더링 과정을 거쳐 배터리용 전극을 제조했다.
 연구팀이 개발한 공정은 도전재 함량을 줄이고 이차전지 에너지 용량과 직결되는 활물질 비율을 높여 고용량 이차전지 구현에 기여할 것으로 기대된다.
 연구팀은 도전재 함량을 건식 전극 분야에서 보고된 2~5%에서 0.1%까지 획기적으로 낮췄다. 활물질 함량도 세계 최고 수준인 98%를 달성했다. 개발된 공정으로 제조된 건식 전극은 면적당 용량이 상용 전극의 약 2배로 나타났다. 
 황 선임연구원은 "전극 내부 소재의 최적 조합으로 에너지 밀도와 성능 향상에 기여할 수 있다"며 "전고체전지나 리튬황전지 등 차세대 전지 분야에 모두 적용될 수 있다는 점에서 파급력이 크다"고 설명했다.
 윤지희 KIMS 융·복합재료연구본부 선임연구원은 "후속 연구를 통해 공정 비용 절감과 양산성 개선을 진행하고 기술 성숙도를 높여 기업체 기술이전도 추진할 계획"이라고 밝혔다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1016/j.cej.2025.161789
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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