LG화학이 전기차 배터리 화재의 근본적인 원인인 열폭주 현상을 초기 단계서 차단할 수 있는 소재 개발에 성공했다고 밝혔습니다.

LG화학이 개발한 '열폭주 억제 소재(Safety Reinforced Layer)'는 온도 변화에 따라 전기 저항이 변하는 특수 복합 물질로 구성돼 있습니다.

이 소재는 배터리 내부에 얇은 층 형태로 코팅되어 마치 안전 지킴이처럼 24시간 활동합니다. 배터리에 이상이 생겨 온도가 90~130℃로 상승하기 시작하면 즉시 '열폭주 억제 소재'가 반응하여 전기 흐름을 차단합니다. 마치 과전류 발생 시 전기 회로를 차단하는 '퓨즈'와 같은 역할을 수행하는 것입니다.

이 소재는 온도가 1℃ 상승할 때마다 전기 저항이 5,000Ω씩 증가할 정도로 온도 변화에 민감하게 반응합니다. 정상 온도에서보다 최대 1,000배 이상 높은 저항을 통해 전류를 효과적으로 차단, 열폭주를 방지합니다. 온도가 정상 범위로 돌아오면 저항이 다시 감소해 전기가 통하는 상태로 복구되는 가역성을 갖추고 있습니다.

LG화학은 이 소재의 효과를 검증하기 위해 다양한 실험을 진행했습니다.

모바일용 배터리 관통 실험: 날카로운 못으로 배터리에 구멍을 뚫는 실험에서 일반 배터리는 16%만 화재를 피했지만, 열폭주 억제 소재를 적용한 배터리는 단 한 건의 화재도 발생하지 않았습니다.

전기차용 배터리 충격 실험: 약 10kg의 무게추를 떨어뜨리는 실험에서 일반 배터리는 모두 화재가 발생했습니다. 반면, 신소재를 적용한 배터리는 70%가 화재를 피했고, 나머지 30%에서도 불꽃이 수 초 만에 꺼져 열폭주로 이어지지 않았다고 합니다.

기존에도 배터리 열폭주를 막기 위해 온도에 반응하는 소재를 사용하는 연구가 있었습니다. 하지만 반응 속도가 느리거나 에너지 밀도가 떨어지는 등의 문제점이 존재했습니다. LG화학은 이 한계를 극복하고, 독자적인 기술력과 특허를 바탕으로 빠른 양산 공정에 적용 가능한 수준의 혁신적인 소재 개발에 성공했다고 설명했습니다..

LG화학은 모바일용 배터리에 대한 안전성 검증을 성공적으로 마쳤으며, 현재 대용량 전기차용 배터리에도 적용 가능하도록 안전성 테스트를 진행하고 있습니다.

LG화학 이종구 CTO는 “이번 연구 성과는 양산 공정에 빠르게 적용할 수 있는 수준”이라며, “고객이 안심하고 전기차를 이용할 수 있도록 안전성 강화 기술을 더욱 발전시키고 배터리 시장 경쟁력 강화에 기여할 것”이라고 밝혔습니다.

이 연구 성과는 LG화학 CTO 산하 기반기술연구소, 포항공과대학교 배터리공학과 이민아 교수 연구팀, LG에너지솔루션의 공동 연구를 통해 이뤄졌습니다.

또 세계 최고 권위의 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 9월호에 게재됐습니다. 논문 제목은 "Thermal Runaway Prevention through Scalable Fabrication of Safety Reinforced Layer in Practical Li-ion Batteries"입니다.