성균나노과학기술원 김영준 교수 연구팀, 그래핀 코팅을 통해 

리튬이온전지의 부피를 줄이는 고밀도 전극 설계기술 개발
- 전극 소재에 단순 공정을 통해 그래핀 코팅하는 기술 확보
- 전극 밀도 한계 돌파 및 향후 고에너지밀도 리튬이온전지 기술 선도 기대

[그림1] 성균나노과학기술원 김영준 교수

성균나노과학기술원 김영준 교수(교신저자) 연구팀이 신소재공학과 박창원(제1저자, 박사과정) 등과 함께 그래핀 코팅을 통한 고밀도 전극 기술을 개발했다고 밝혔다.

기존 고용량 니켈 층상계 양극 소재의 경우 입자의 강도가 낮아 전극 밀도를 높이는데 한계가 있으며, 도전재로 사용하는 카본블랙 소재는 비효율적 분포로 인해 전극의 밀도를 높이는데 걸림돌로 작용하고 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위한 방안으로 전자전도성이 우수한 미세 입자의 그래핀을 전극소재 표면에 균일하게 코팅하여 전자의 전달을 효과적으로 유도하고 양극 소재 입자간 마찰력을 줄여 고밀도 리튬이온전지 전극기술을 실현했다.

양극소재 표면에 그래핀을 코팅하여 도전재와 바인더의 사용량을 최소화했으며, 이를 통해 리튬이온전지 양극의 용량밀도 한계로 여겨지던 700mAh/cc를 25% 이상 극복한 880mAh/cc의 고에너지 전극기술을 확보하게 되었다.

[그림2] 전자전도성이 없는 니켈층상계 양극 소재 표면에 그래핀이 흡착하는 모식도

연구팀은 기존의 전자전도성이 떨어지는 산화그래핀 코팅 기술과는 차별화된 전자전도성이 우수한 그래핀 코팅을 자체 발굴한 계면활성제를 통해 구현하였으며, 양산이 가능한 단순화된 공정으로 만들었다고 발표했다.
       
김영준 교수는 “본 연구는 기존 전극의 formulation에 새로운 방향을 제시한 것으로, 향후 고에너지밀도 리튬이온전지의 전극 구성과 차세대 이차전지 소재, 전극 기술에 혁신을 기대할 수 있다”고 말했다.

본 연구결과는 세계적 권위지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF=12.121)에 4.9(금) 온라인 게재되었다.
    ※ 논문명 : Graphene collage on Ni-rich layered oxide cathodes for advanced lithium-ion batteries