2022.06.23 기존 리튬 2차 전지와 전고체 2차전지 구조 및 비교, 장단점 정리
[DB금융투자 한승재] 차세대배터리 티디엘

전고체 전지는 전해질이 고체로 이루어져 있어 분리막이 필요 없다. 또한 기존 가연성 액체가 포함된 전해액이 필요 없기에 온도/충격에 의한 화재 위험이 현저히 줄어든다. 따라서 폭발 위험 때문에 사용하지 못했던 리튬금속(용량이 흑연의 10배)을 음극으로 사용할 수 있다. 또한 냉각장치 등의 부재료가 줄어들며 단전지로 고용량이 가능하기에 BMS 부품들 역시 줄어든다. 즉 셀 단위로도 훌륭하지만 패키징 형태로는 더욱 에너지 밀도가 높아질 수 밖에 없다. 


전고체의 단점은 고체전해질을 사용함에 따라 양극/음극과의 계면에서 불안전성이 나타난다는 점이다. 양극과 전해질의 계면에서는 물리적 접촉이 충분해야 하는데 고체전해질의 표면이 매끄럽지 못하기에 계면저항이 커지는 부작용이 있다. 음극과 전해질의 계면에서는 충방전시 리튬 덴드라이트(리튬금속 표면에 쌓임, 이온 이동 방해)가 형성이 되는데 이를 억제해야 하는 문제가 있다. 이런 단점을 해결하지 못하면 출력이 낮아지며 수명 열위 문제가 발생하게 된다. 


단점을 극복하기 위한 다양한 고체 전해질 소재 연구가 진행되고 있는데 크게 황화물/산화물/폴리머로 나뉜다. 그중 산화물은 안전성이 높으나 연성 부족으로 계면저항이 크다는 단점이 있다. 또한 1,100도 이상의 고온 소결이 필요하다. 반면 황화물은 연성이 좋아 상대적으로 계면저항을 줄일 수 있어 전기차 용도로 개발이 많이 진행되고 있지만 습도에 취약한 단점(황화수소 발생)이 있다. 최근에는 2가지 이상의 소재를 복합한 고체 전해질 연구가 증가하고 있다. 


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