POSTECH, 산소 투입 시점 조절로 단결정 양극재 수명 개선
POSTECH 친환경소재학과 김경덕 교수 연구팀은 강원대 김영진 교수 연구팀, 포스코홀딩스, 인도공대 봄베이 연구진과 함께 양극재 소성 중 산소 농도를 단계적으로 바꿔 입자 성장을 조절하는 방법을 제시했다. 연구팀은 NCM613 양극재를 대상으로 실험과 컴퓨터 시뮬레이션을 병행해 입자 성장의 핵심 변수가 입계 이동도라는 점을 확인했으며, 6시간 소성 시 공기 분위기에서는 입자가 2.75μm, 산소 분위기에서는 1.04μm로 약 2.6배 차이가 났다. 950℃에서 6시간 중 처음 4시간은 공기, 남은 2시간은 산소로 전환한 양극재는 45℃에서 100회 충·방전 후 초기 용량의 83.04%를 유지했고, 공기 또는 산소 단일 분위기로 소성한 경우는 약 77%, 산소에서 공기로 역순 전환한 경우는 80.89%였다. 김경덕 교수는 시뮬레이션으로 확산과 입계 이동의 역할을 나눠 분석하고 모델링으로 찾은 최적 전환 시점을 실험으로 검증했다고 설명했다. 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스' 온라인판에 게재됐으며, 포스코홀딩스 지원과 2026년도 산업통상자원부 재원의 한국산업기술진흥원 지원으로 수행됐다.
단결정 양극재는 다결정 구조의 충·방전 균열 문제를 줄이는 대안으로 거론되는 소재로, 소성 분위기 전환 시점이라는 공정 변수가 용량 유지율 수치로 제시됐다. 포스코홀딩스가 연구를 지원한 점에서 국내 양극재 제조 공정 설계와의 연관성이 있다.
