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도쿄(東京)대학 대학원 공학계연구과 등의 연구그룹이 기존의 고전압 리튬 이온 배터리 개발에서 간과되었던 제3의 중요한 열화 인자를 특정함.

리튬 이온 전지는 전기 자동차와 스마트 그리드 등 저탄소·지속가능한 사회 실현에 필수적인 핵심 디바이스로 고출력화·고에너지밀도화에 대한 사회적 요구가 높아지고 있음. 그 일환으로 현재(4.3V)보다 훨씬 높은 5V 이상의 작동 상한 전압을 가능하게 하는 차세대 리튬 이온 전지의 개발이 2년 전부터 활발하게 진행되고 있지만 실용화 수준에서 안정적 작동이 실현되지는 않았음(초기 용량 대비 80% 유지율/1000회 충·방전). 그 원인으로 꼽혀온 것이 고전압 작동 시의 전해액과 양(+)극 활물질의 심한 열화임.

연구진은 고전압 환경 하에서 양(+)극의 전도성을 담보하기 위해 소량 첨가하던 탄소 도전조제로의 전해액 중의 음(-)이온의 삽입이 활발하게 일어나고, 이것이 충·방전 안정성에 큰 영향을 미치는 것을 확인함. 독자 개발한 고농도 전해액과 이에 따른 음(-)이온의 투과를 막는 표면 설계(보호막 형성)를 적용, 모든 열화 요소를 정밀하게 동시에 억제하는 데 성공함.

이는 5.2V를 상한 전압으로 하는 리튬 이온 배터리의 실용 레벨의 장수 명화(초기 용량 대비 93% 유지율/1000회 충·방전)가 달성된 것으로, 보다 높은 에너지 밀도를 갖는 신형 이차 전지 또는 리튬 이온 배터리의 장수명화와 고속 충전화에 공헌할 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Joule(An overlooked issue for high-voltage Li-ion Batteries : Suppressing the intercalation of anions into conductive carbon)에 게재됨.