입력 2026.02.03 16:09
친환경 셀룰로오스 기반 고성능 배터리 분리막 개발… 리튬이온배터리 안전성과 효율을 동시에 높이다.
상명대(총장 김종희) 화학에너지공학과 강상욱 교수 연구팀이 친환경 고분자 소재를 기반으로 한 고성능 리튬이온배터리 분리막을 개발하는 데 성공했다. 이번 연구는 천연 유래 고분자인 수산화에틸셀룰로오스(HEC)를 부직포(non-woven fabric) 위에 코팅하고, 진공을 이용한 비용매 유도 상분리(NIPS, Non-solvent Induced Phase Separation) 공정을 적용해, 기존 분리막 대비 뛰어난 투과성, 젖음성, 열적 안정성을 동시에 확보한 것이 특징이다.
리튬이온배터리 분리막은 양극과 음극을 물리적으로 분리하면서 리튬 이온이 자유롭게 이동하도록 하는 핵심 부품으로, 배터리의 안전성과 성능을 좌우한다. 기존 상용 분리막은 투과성이 낮거나 고온에서 수축 및 변형이 발생해 화재, 폭발 위험을 증가시킬 수 있다는 한계가 있었다.
연구팀은 친환경/생분해성 고분자인 HEC와 열적/화학적으로 안정한 부직포 기재를 결합해 복합 분리막을 제작하고, 진공 보조 NIPS 공정을 통해 막 전체 두께 방향으로 곧고 균일하게 연결된 다공성 구조를 형성했다. 그 결과, 분리막 내부에 이온이 빠르게 이동할 수 있는 직선형 통로(straight pore channels)가 만들어져 이온 전달 효율이 크게 향상되었다. 실험 결과, 개발된 분리막은 공기 투과저항이 크게 감소하였으며(Gurley 값: 26 s/100 mL), 초친수성 특성을 보임으로써 기존에 보고된 셀룰로오스 기반 분리막 대비 월등히 우수한 투과성과 젖음성을 나타냈다.
특히 낮은 Gurley 값과 높은 플럭스는 전해질이 빠르게 스며들고 이온 이동이 원활하다는 것을 의미해, 배터리 출력과 충/방전 속도 개선에 직접적으로 기여할 수 있다. 강상욱 교수는 “이번 연구는 친환경 셀룰로오스 기반 소재와 간단한 공정 개선만으로도 기존 분리막의 한계를 극복할 수 있음을 보여준다”며, “고투과성, 우수한 젖음성, 향상된 열안정성을 동시에 만족하는 차세대 리튬이온배터리 분리막 후보로서 큰 잠재력을 가진다”고 밝혔다.
이번 연구 성과는 국제 학술지 Cellulose(2026년, 33권, 403–416쪽)에“Fabrication and characterization of porous hydroxyethyl cellulose-coated nonwoven membranes via NIPS: enhanced permeability and structural properties”라는 제목으로 2026년 1월호에 게재되었다. Cellulose 저널은 JCR 분야별 상위 8.4% 이내에 랭크되는 저명학술지로 분류가 된다.