LG엔솔, 서울대와 차세대 LMR 배터리 사용화 핵심 기술 확보

가스 발생 문제 해결 및 제어 기술 확보
40Ah급 대형 셀 적용 및 최적화 성공

▲'인터배터리 2026'에서 공개된 LG에너지솔루션 LMR배터리. (사진제공=LG에너지솔루션)

LG에너지솔루션이 서울대 화학부 임종우 교수 연구진과의 공동 연구를 통해 차세대 리튱망간리치(LMR) 배터리의 안정성을 개선할 수 있는 핵심 기술을 확보했다고 7일 밝혔다.

이번 연구 결과는 기술적 성과와 학술 가치를 인정받아 세계적 권위의 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재되는 성과도 올렸다.

LMR은 코발트를 사용하지 않고 보다 저렴한 망간을 주원료로 사용해 소재 비용을 크게 줄일 수 있는 차세대 양극 소재다. 니켈과 망간 같은 전이금속뿐 아니라 소재 내부의 산소까지 에너지 저장에 활용해 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다.

다만 망간 활용 시 충전 중 산화된 산소가 방전 과정에서 완벽히 회복되지 않을 경우 배터리 내부 구조 손상과 가스 발생을 유발할 수 있는 것이 상용화의 최대 난관으로 여겨져 왔다.

공동 연구팀은 LMR 배터리 충전 및 방전 과정에서 발생하는 가스 발생과 용량 저하의 원인을 규명하는 것은 물론 이를 제어할 수 있는 대형 셀 최적 운용 조건도 개발했다.

또한, 충전 및 방전 조건에 따른 산소의 산화·환원 거동 정밀 분석을 통해 산소 회복을 좌우하는 핵심 변수가 충전 상한 전압뿐 아니라 방전 하한 전압에도 있음을 밝혀냈다.

연구팀에 따르면 충전 상한 전압을 4.6볼트(V)에서 4.3V로 낮추자 산화된 산소의 환원율이 86%에서 97%로 크게 향상됐다. 방전을 기존 3.0V가 아닌 2.0V까지 진행했을 때 산소가 거의 원래 상태로 회복되는 현상도 확인됐다.

LG에너지솔루션 연구진은 이 같은 분석 결과를 토대로 40Ah급 LMR 대형 셀의 구동 전압 범위와 활성화 공정 조건을 재설계했다. 특히 활성화 단계에서 온도를 낮추는 공정을 적용해 대형 셀 특유의 가스 발생을 효과적으로 억제했다.

그 결과 최적화된 조건이 적용된 40암페어시(Ah)급 LMR 대형 셀은 883회의 충·방전 평가 이후에도 초기 에너지의 92.2%를 유지하며 수명 안정성을 입증하는 데 성공했다.

이는 소형 셀을 넘어 실제 전기차에 탑재 가능한 대형 셀 수준에서 LMR 소재의 상용화 가능성을 입증했다는 점에서 의미가 크다고 LG에너지솔루션 측은 설명했다.

LG에너지솔루션 관계자는 “이번 연구를 통해 차세대 LMR 배터리 시장에서의 성장을 가속할 수 있는 중요한 발판을 마련했다”고 말했다.