전고체전지 전해질을 스티커처럼 제조…얇은 막의 성능은 얼마나 달라졌나

전고체전지의 핵심 부품인 고체 전해질을 별도 기판에서 만든 뒤 전극에 옮겨 붙이는 기술이 개발됐다. 한국화학연구원 강영구 책임연구원과 박명수 선임연구원 연구팀이 LLZTO를 활용한 전사 인쇄 공정을 선보였다고 2026년 10월 26일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 9월 25일 발표됐다.

전고체전지는 액체 대신 고체 전해질을 쓰며, 전해질은 전지 안에서 리튬이온 등 전하를 띤 이온이 이동하는 통로다. 에너지 밀도를 높이려면 얇고 넓은 전지를 만들어야 하지만, 기존 필름 제조는 찢어짐을 막기 위해 전해질을 70~120㎛ 두께로 만들어야 했다.

전극에 슬러리를 직접 바르면 액체가 전극 안으로 스며들어 전극이 변형되거나 막 두께가 고르지 않을 수도 있다.

연구팀은 고체 전해질 슬러리를 PET-PDMS 기판에 바르고 굳힌 다음, 롤러로 들어 올려 스티커처럼 전극에 전사했다. 기판 위에서는 고르게 퍼지고 건조 후에는 잘 떨어지며, 전극에는 단단히 붙어야 하는 만큼 관건은 재료 사이의 접착력이다.

연구팀은 서로 다른 물질의 친화도를 나타내는 한센 용해도 지수(HSP)를 활용해 공정 단계별 재료를 골랐다. 그 결과 총 120㎠ 면적에 평균 두께 약 15㎛, 편차 1㎛인 균일한 층을 구현했다.

성능 비교에서도 차이가 나타났다. 25℃에서 리튬이온 전도도는 2.83×10⁻⁴ S/cm로, PE 분리막에 같은 고분자 전해질을 채운 비교군의 1.69×10⁻⁴ S/cm보다 약 50% 높았다.

직접 코팅 방식과 비교한 충·방전 시험에서는 100회 뒤 전하 용량이 전사 인쇄 전지에서 83.6%, 직접 코팅 전지에서 36.1% 남았다. 전사 인쇄 파우치형 전지는 150℃에서 2시간 30분 가열하는 동안에도 안정적인 전압을 유지했다.