Special 첨단 기능성 세라믹소재 최신기술 및 산업응용 동향(1)

리튬 이차전지 분리막용 보헤마이트 코팅제

김대웅_케이씨(주) 기술연구소 연구소장
박찬웅_케이씨(주) 기술연구소 연구팀장

1. 리튬 이차전지

리튬 이차전지는 현재 상용화된 이차전지 중 가장 성능이 우수하여 휴대폰 등 전기․전자 응용기기 분야에 사용되고 있으며 고유가 및 환경규제, 친환경 정책 확대로 친환경 하이브리드 및 전기자동차 분야에 대한 수요가 증가하여 고출력 대형 리튬 이차전지 개발의 필요성이 대두되고 있는 추세이다.
  또한 지능형 로봇의 보급이 본격화되면서 로봇의 전원으로 리튬 이차전지가 사용되고 있으며 친환경, 신재생에너지 등 새로운 에너지원의 확대와 에너지 저장 분야의 새로운 산업 분야로 확대될 것으로 예상된다. 
  이렇게 사용되는 리튬 이차전지는 양극재, 음극재, 분리막 그리고 전해질과 같이 4대 소재로 구성되어 있으며, 각 소재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 양극재는 전자를 받아 양이온과 함께 자신은 환원되는 물질로서 리튬 금속산화물로 구성된 소재로 배터리의 용량, 에너지 밀도, 출력, 안정성 등 주요 성능을 결정하는 물질이며, 음극재는 양극에서 나온 리튬이온을 흡수, 방출하면서 외부 회로를 통해 전류가 흐르게 하는 역할을 한다. 분리막은 전지의 양극재와 음극재를 분리하여 내부단락을 방지함과 동시에, 충･방전이 일어날 수 있도록 리튬이온을 통과시키는 기능을 하는 다공성 고분자 필름으로서 대표적으로 많이 사용하고 있는 재료로는 폴리올레핀 계열의 분리막 형태로 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)과 폴리플로필렌(Polypropylene, PP)이 있다. 전해질은 양극재와 음극재의 이온 이동을 가능하게 하는 매개체 역할을 하는 물질이다.

그림1. 리튬 이차전지 구조 (자료 : LG화학)

2. 리튬 이차전지 분리막

리튬 이차전지 분리막 재료로는 폴리올레핀계를 사용하고 있으나 이 고분자 필름은 열적 안정성이 낮은 단점을 갖고 있어, 대용량화로 인한 화재 위험성 문제가 대두되고 있는 중대형 리튬 이차전지에 있어서 분리막의 수축 방지와 내열성 향상이 요구되어 왔으며 최근 스마트폰, 태블릿 등 모바일 기기의 경량화, 슬림화 추세와 전기자동차 및 대용량 에너지 저장장치의 고출력에 따른 안정성 향상 요구에 따라 분리막의 성능 향상이 더욱 요구되어 진다.

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