배터리 시장에서 급속 충전은 언제나 중요한 관심사이다. 급속 충전은 전기차 운전자의 편의성 향상에 절대적 요인이기 때문이다. 충전 속도는 리튬이온의 이동 속도에 달려있다. 따라서 배터리 셀 내부에서 리튬이온의 이동 속도를 저해하는 ‘저항’을 줄이는 저저항 기술 확보가 급속 충전의 핵심이다.

배터리 셀은 고도로 정교한 기술의 집약체이다. 양극, 음극, 분리막, 전해질 등 4대 소재를 비롯해 전류를 흐르게 하고 안정성을 확보하기 위한 부품들이 추가되어 있다. 모두 필요한 소재와 부품이지만 리튬이온의 입장에서는 이동을 저해하는 요소, 저항들이다. 

이러한 내부 저항은 충전 속도를 비롯해 출력, 수명까지 영향을 미칠 수 있다. 삼성SDI는 배터리 성능 향상을 위해 소재부터 부품까지 저저항 기술을 도입하고 있다. 

[양극, 음극, 분리막 전해질 4대 소재, 부품 등 배터리 내부의 요소들은 리튬이온의 이동을 방해하는 저항체]

소재 측면에서는 대표적으로 음극과 전해질, 바인더에 저저항 기술을 도입하고 있다. 

삼성SDI의 대표적인 음극 소재인 SCN(Si- Carbon-Nanocomposite)은 나노화된 입자의 표면을 균일 코팅하는 방식으로 계면 저항을 낮췄다. 계면 저항은 서로 다른 물질이 만났을 때 표면에서 발생하는 저항을 의미하는데, 리튬이온이 양극, 음극 극판의 사이를 이동할 때 음극 쪽의 계면 저항이 줄어들어 급속 충전에 유리하다. 

전해질도 중요한 역할을 한다. 전해질은 리튬이온이 양극, 음극 극판 사이를 이동할 때 도움을 주는데, 이온 전도도*가 높은 전해질을 설계하여 빠르게 이동할 수 있게 도움을 준다. 

* 이온 전도도 : 이온전도도가 높을수록 내부 저항이 낮다는 것을 의미하며, 리튬이온의 이동성에 영향을 준다.

여기에 더해 음극에 들어가는 바인더 소재에도 저저항 기술이 도입되고 있다. 바인더는 양극, 음극 활물질이 극판에 잘 붙게 하는 소재이다. 최근에는 이러한 기본적인 성능 외에도 음극 내부에서 리튬이온이 이동을 더 잘할 수 있도록 호핑(hopping)* 효과를 이용한 저저항 설계를 하여 충전 속도를 향상시키고 있다. 

* 호핑 : 물질 내에서 원자나 분자 사이를 뛰어넘으며 이동하는 현상

[배터리 극판은 합제와 금속 기재로 이루어져 있으며, 합제에 들어가는 활물질, 바인더 등에 저저항 기술을 도입해 성능을 향상]

부품 측면에서도 저항을 낮추기 위한 노력이 지속되고 있다. 특히 기존 내부 부품들의 기능을 효율적으로 통합하여, 성능도 높이고 부품 수 자체를 줄여 전류가 더 빠르게 흐를 수 있도록 했다. 

소재, 부품 등에 도입된 저저항 기술은 충전 속도는 물론 출력, 수명 성능까지 끌어올릴 수 있다. 삼성SDI는 저저항 기술을 지속 발전시켜, 시장의 요구에 부응하는 배터리를 양산할 것이다.