한국재료연구원과 한국전기연구원이 PTFE를 사용하지 않고 고성능 건식 음극을 제조하는 배터리 전극 기술을 개발했다.

한국재료연구원은 융·복합재료연구본부 윤지희 박사 연구팀이 한국전기연구원 황인성 박사 연구팀과 공동으로 ‘형상 제어 흑연 과립 기반 건식 전극 제조 기술’을 개발했다고 9일 밝혔다. 연구 결과는 에너지 분야 학술지 ‘Energy Storage Materials’에 2026년 4월 21일 온라인 게재됐다.

건식전극은 배터리 전극 제조 과정에서 유기용매 사용과 건조 공정을 줄이는 제조 기술이다. 제조 비용과 탄소배출을 낮출 수 있어 전기차와 에너지저장장치(ESS)용 차세대 배터리 공정으로 연구되고 있다.

기존 건식전극 공정은 전극 소재를 결합하는 바인더로 PTFE에 의존하는 경우가 많았다. PTFE는 건식 공정에서 결착력을 확보하는 데 쓰이지만, 음극 환경에서 성능 저하를 유발할 수 있고 불소계 소재 규제 이슈와도 관련돼 대체 기술 필요성이 제기돼 왔다.

연구팀은 상용 습식 음극 공정에서 쓰이는 CMC-SBR 바인더를 건식 공정에 적용했다. 흑연, 도전재, 바인더를 섞은 슬러리를 스프레이 드라이 공정으로 과립화해 기존 판상 흑연 입자를 구형 구조로 재설계했다.

이 구조는 전극 내부에서 리튬이온이 이동하는 경로를 고르게 확보하는 데 초점을 맞췄다. 연구팀은 이를 통해 두꺼운 전극에서 나타나는 충·방전 성능 저하 문제를 완화했다.

실험 결과 개발된 건식 음극은 기존 슬러리 기반 음극보다 급속충전 성능과 장기 사이클 특성이 향상된 것으로 나타났다. 고에너지밀도 조건에서도 리튬이온 확산 특성이 개선돼 두꺼운 전극 기반의 고용량 배터리 구현 가능성을 확인했다.

윤지희 한국재료연구원 선임연구원은 이번 기술이 PTFE 기반 건식전극 공정의 한계를 줄이는 접근법이며, 고에너지밀도와 급속충전 성능이 필요한 전기차 배터리 분야에 활용될 수 있다고 설명했다.

이번 기술은 산업계에서 사용 중인 CMC-SBR 바인더 시스템을 활용할 수 있어 대량 생산 공정 적용 가능성을 갖는다. 연구팀은 전기차, ESS, 차세대 고에너지밀도 배터리 분야에서 친환경 건식전극 공정 상용화에 기여할 수 있을 것으로 보고 있다.