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불소화황산화물계 난연 첨가제 개발…전기차 화재위험 극복 기대
김원정 기자|sanup20@kidd.co.kr
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불소화황산화물계 난연 첨가제 개발…전기차 화재위험 극복 기대

인산계 첨가제의 한계를 개선…기존 첨가제 대비 난연 특성 2.3배

기사입력 2022-10-20 16:41:10
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[산업일보]
국내 연구진이 불소화황산화물계 난연(難燃) 첨가제를 공개했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 울산과학기술원, ㈜엔켐 등과 함께 기존 난연제로 널리 알려진 인산계 난연제인 트리페닐포스페이트(TPP)보다 난연 특성과 안정성, 셀 성능이 향상된 불소화황산화계 난연 첨가제를 개발했다고 20일 밝혔다.

불소화황산화물계 난연 첨가제 개발…전기차 화재위험 극복 기대
ETRI 연구진이 불소화황산화물계 난연 첨가제(우측)와 첨가제가 적용된 리튬이차전지(좌측)를 관찰하고 있다.

리튬 이차전지는 양극재와 음극재, 전해질과 분리막 4가지로 구성된다. 전해질은 이차전지 내부의 리튬이온이 원활하게 이동하도록 돕는 매개체다. 전해질 첨가제는 그중 전해질에 소량 첨가하는 물질로, 전기화학적 안정성과 이차전지의 성능을 높이는 핵심적인 물질이다.

기존 상용 인산계 난연 첨가제는 화염 지연 특성은 있으나, 많은 양을 투입해야 하고 전극과 전해질 간 계면 저항이 증가하는 등 사용에 제한이 많았다.

연구진은 이러한 점을 개선하기 위해 10종이 넘는 상용 인산계 난연제를 전기화학 실험을 통해 분석하고, 처음으로 불소화황산화물계 난연 첨가제를 합성, 기존 인산계 난연제의 단점을 해소했다고 소개했다.

실험을 통한 성능검증도 진행했다. 연구진은 개발한 난연 첨가제를 니켈 함량이 90%인 리튬 니켈, 망간, 코발트 전이금속 산화물의 양극, 리튬금속의 음극을 적용한 셀에 첨가했다. 이를 통해 불이 잘 붙지 않는 난연 특성 개선과 이차전지 성능도 개선된 불소화황산화물계 첨가제의 성능을 검증했다.

이를 통해 연구진은 기존 난연 첨가제를 적용한 전해액과 비교해 난연 특성은 2.3배, 이차전지의 성능은 160% 향상된 우수한 결과를 확인했다고 밝혔다. 또한 불소화황산화물계 난연제 적용 시 전극과 전해질 사이의 계면반응이 최소화돼 계면 저항이 크게 감소했다고 전했다.

아울러, 본 첨가제 적용에 따라 전극에서 리튬 이차전지의 수명을 해치는 이유에 대해서도 함께 제시하는 등 불소화황산화물계 첨가제의 특성을 다양한 실험과 메커니즘 연구로 규명했다.

또한, 이번 불소화황산물화계 난연 첨가제는 기존의 리튬 이차전지 생산 공정에서 별도 공정변화 없이 개발한 첨가제를 소량만 첨가해도 활용할 수 있어 상용화가 쉽다는 장점이 있다.

제조기업 강국이 되는 그날까지, 공장자동화 스마트팩토리에 대한 뉴스를 기획·심층 보도하겠습니다.


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