일본산업뉴스요약

리튬이온전지 부재료 (6)
고체 전해질을 통해 소형화 실현

현재 판매되고 있는 리튬이온전지는 충·방전시, 전극 간에 이온을 이동시키기 위해 유기용매의 전해액을 사용하고 있다. 사실 이러한 구조는 과제를 안고 있다. 안전성 확보를 위해 전해액이 새지 않도록 전지 주위를 단단히 에워싸야 하기 때문에 용량 대비 전지 사이즈가 커질 수 밖에 없다는 점이다. 또한 전해액이 분해되거나 얼어버리는 온도 대(帶)에서는 사용할 수 없다는 문제점도 있다.

최근 차세대 전지로서 기대를 모으고 있는 것이, 전해액 대신 고체 물질의 전해질을 통해 이온의 이동 통로를 만드는「전고체 리튬이온전지」이다. 같은 용량의 경우, 전지 사이즈를 약 3분의 2로 줄일 수 있다고 한다. 마이너스 40도부터 100도를 웃도는 광범위한 온도 대에서의 사용도 가능, 보다 높은 전압을 걸 수 있게 되었다. 현재 토요타자동차 및 히타치(日立)조선 등이 연구 개발에 착수하고 있다.

재료 제조업계에서는 이데미츠코우산(出光興産)이 2000년대 초부터 황화물을 사용한 고체 전해질에 대한 연구를 추진해 왔다. 석유의 정제 과정에서 발생하는 유황의 용도를 찾는 과정에서 전지 재료의 용도에 착안한 것이 계기가 되었다. 2006년부터 시작품 제작에 착수, 현재는 자동차 제조사 및 제조설비 제조사와 배터리의 공동 개발을 추진하고 있다.

이데미츠코우산의 경영기획부 R&D전략실의 야마모토(山本) 그룹리더는「정극과 부극의 재료에 이온이 도달할 수 있게 전해질을 잘 분해시키는 노하우를 쌓아왔다」고 말한다. 자동차에 대한 환경 규제 강화 또한 연구 개발 속도를 높이는데 도움을 주고 있다고 한다. 2020년 안에 샘플 제품의 양산에 돌입할 예정으로, 2025년 안에 1~2개 차종의 전기자동차(EV)로의 채택을 목표로 하고 있다.

전고체 리튬이온전지가 실현된다면, 현재의 주요 4가지 부재료 가운데 전해액과 분리기가 필요 없게 된다. 야마모토 그룹리더는「정극과 부극에 사용되는 재료도 전고체 전지에 적합한 것으로 바뀌게 될 것이다」라고 전망한다. 이로 인해 부품 제조사의 판도가 바뀔 가능성도 있다.

올 2월에는 부품 제조사인 FDK와 후지쯔(富士通)연구소가 전고체 리튬이온용「피로포스포릭산코발트리튬(Pyrophosphoric acid Cobalt Lithium)」이라고 하는 양극 재료를 개발했다고 발표했다. 기존의 양극 재료에 비해 1.5배의 에너지 밀도를 가지고 있어, 고전압을 견딜 수 있다고 한다.

그러나 전고체 리튬이온전지의 양산 방법은 아직 확립되어 있지 않다. 자동차의 연비ㆍ배출 가스 규제가 일제히 엄격해질 2025년 전후의 실용을 목표로 하는 기업은 많지만, 이 점의 해결 방법이 최대의 과제이다. 또한 대부분의 배터리 제조사가 이미 기존 제품으로의 대규모 투자를 추진하고 있어, 전고체 리튬이온전지가 실용화되었다고 해도, 용도에 따라 나눠 사용될 가능성이 있다고 보는 의견도 많다.

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