충·방전 조건 최적화로 가스 발생 억제
40Ah급 셀, 883회 구동 후 에너지 92.2% 유지

‘인터배터리 2026’에서 공개된 LG에너지솔루션 LMR배터리. /사진: LG에너지솔루션 제공

[대한경제=이계풍 기자] LG에너지솔루션과 서울대가 차세대 LMR(리튬망간리치) 배터리의 안정성을 혁신적으로 개선할 수 있는 핵심 기술을 확보했다.

LG에너지솔루션은 서울대 화학부 임종우 교수 연구진과의 공동 연구를 통해 LMR 배터리의 전기차용 대형 셀 적용 가능성을 높이는 연구 성과를 달성했다고 7일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.

LMR은 코발트를 사용하지 않고 저렴한 망간을 주원료로 활용해 소재 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 차세대 양극 소재다. 니켈과 망간 같은 전이금속 뿐 아니라 소재 내부의 산소까지 에너지 저장에 활용해 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다는 장점이 있다.

다만 충전 과정에서 산화된 산소가 방전할 때 완전히 회복되지 않으면 배터리 내부 구조가 손상되고 가스가 발생할 수 있다. 특히 내부 여유 공간이 좁은 전기차용 대형 셀에서는 압력 상승과 성능 저하로 이어질 수 있어 상용화의 최대 난제로 꼽혀왔다.

공동 연구팀은 산소의 회복 정도가 충전 상한 전압뿐 아니라 방전 하한 전압에도 영향을 받는다는 사실을 밝혀냈다. 충전 상한 전압을 4.6V에서 4.3V로 낮추자 산화된 산소의 환원율이 86%에서 97%로 높아졌다. 방전 하한 전압을 기존 3.0V에서 2.0V로 낮췄을 때는 산소가 대부분 원래 상태로 회복됐다.

LG에너지솔루션은 이를 토대로 40Ah급 LMR 대형 셀의 구동 전압 범위와 활성화 공정 조건을 재설계했다. 활성화 단계의 온도를 낮춰 가스 발생도 억제했다. 최적화된 셀은 883회의 충·방전 이후에도 초기 에너지의 92.2%를 유지했다.

임종우 서울대 교수는 “이번 연구는 LMR 배터리의 열화 원인을 산소의 가역성 관점에서 규명하고, 전기화학 프로토콜 설계만으로도 셀의 안정성을 개선할 수 있음을 보여준 결과”라며 “충전 조건뿐 아니라 방전 조건까지 종합적으로 고려해야 LMR 배터리의 장기 안정성을 확보할 수 있음을 확인했다”고 설명했다.

LG에너지솔루션 관계자는 “이번 연구는 LMR 배터리의 주요 과제였던 가스 발생을 효과적으로 억제해, 대형 셀에서도 안정적인 배터리 수명을 확보할 수 있음을 보여준 성과”라며 “이를 통해 차세대 LMR 배터리 시장에서의 성장을 가속할 수 있는 중요한 발판을 마련했다”고 말했다.

이계풍 기자 kplee@

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