한국교통대, 리튬 이차전지 안정성 향상을 위한 고분자 분리막의 유무기 하이브리드 코팅 기술 개발

한국교통대학교(총장 박준훈) 나노고분자공학전공 인인식 교수와 화공생물공학전공 박성영 교수 연구팀이 홍합 모사 천연 접착 소재인 카테콜 그룹이 그래프팅된 Ladder 형태의 Polysilsesquioxane(LPSQ)를 합성하고 이를 기존 이차전지 분리막으로 사용되는 고분자 분리막에 코팅하여 적용할 경우 충방전 내구성이 비약적으로 향상되는 분리막 코팅 기술을 개발했다.

대부분의 상업적인 이차전지 분리막은 올레핀계열의 다공성 고분자 소재가 적용되지만 낮은 전기화학적 안정성으로 인해 반복적인 충방전 구동시 양극과 음극의 단락을 유발하고 결과적으로 화재를 유발하여 인명사고를 유발하는 등 심각한 문제점을 가지고 있으므로, 이를 방지하기 위해 다공성 고분자 분리막 표면에 알루미나 혹은 실리카와 같은 무기 나노입자를 코팅해왔다.

그러나, 나노입자를 단순히 코팅할 경우 고분자 분리막의 다공성을 저하시키고 장기적인 반복 충방전 구동에서 기계적인 데미지가 일어나는 등의 현상이 있어, 화재가 없는 안정한 리튬 이차전지를 개발하기 위해서는 필수적으로 개선되어야 할 이슈였다.

이번 연구 성과는 기계적, 열적, 전기화학적 안정성이 매우 우수한 유무기 하이브리드 소재의 설계에서 원할한 표면 코팅을 하기 위해 천연 접착 그룹인 카테콜 그룹이 도입된 최초의 연구로서 리튬이차전지 이외에 플렉시블 디스플레이 분야에도 적용이 가능하며 또한 분리막이 적용되는 다양한 산업 분야에서 분리막의 내구성을 향상시킬 수 있는 기술로서 적용이 가능하다.

한편, 본 연구는 교육부 대학중점연구소 지원사업(사업단장 인인식 교수)과 산통부 전문인력양성사업(사업단장 나노고분자공학 전공 이지훈 교수)의 지원을 통하여 수행되었으며, Elsevier에서 출판되는 고분자 과학 분야 세계적 권위지인 'Journal of Membrane Science/ Impact factor: 7.183)'에 11월 10일자로 온라인 판으로 게재(2020년 12월 출판 예정) 되었고, 현재 특허 출원 중에 있다. 충주=최병수 기자 cbsmit@