충전 끝나도 움직이는 리튬, 배터리 열화

충전을 멈춘 뒤에도 리튬이온배터리 전극 안에서는 리튬 이온이 움직일 수 있어요. 인하대 김민규 교수팀은 입자 사이의 충전 상태가 고르지 않을 때, 이를 맞추려는 내부 리튬이온 이동이 배터리 열화를 촉진하는 과정을 규명했어요. 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’에 게재됐어요.

전극을 이루는 두 입자군의 혼합 비율이 불균형하면 문제가 두드러졌어요. 한쪽 입자군의 함량이 낮을 때 충전 상태를 맞추는 내부전류가 소수 입자에 집중됐고, 그 입자에 추가 전기화학 부담이 생겼어요. 리튬 이온의 내부 이동 자체는 입자 간 충전 상태를 동기화하는 과정이지만, 혼합 비율이 고르지 않은 조건에서는 일부 입자가 더 큰 부담을 떠안는 셈이에요.

부담이 집중된 입자에서는 유기물계 표면 피막이 두꺼워지고, 층상 결정구조가 암염상 구조로 변형됐어요. 이런 변화는 리튬이온 이동을 방해하고 전극 저항을 높여 열화로 이어졌어요. 김 교수는 전극의 모든 입자가 균일하고 동기화된 방식으로 반응하도록 설계하는 일이 고용량·장수명 배터리 개발의 핵심 기준이 될 수 있다고 봤어요.