일본산업뉴스요약

리튬이온 전지 부재료 (5)
새로운 부극재 개발 경쟁

부극재는 전지 충전 시에는 정극재로부터 리튬이온을 담아 두어 방전 시에는 반대로 이온을 내보내는 것으로 전기를 일으킨다. 부극재 용량이 전지 용량에도 큰 영향을 준다.

1991년에 소니가 리튬이온 전지의 실용에 나선 때부터 부극재에는 탄소계의 재료가 사용되어 왔다. 현재 주류는 두 가지이다. 한 가지가 광산에서 채굴한 ‘천연흑연’을 가공한 타입이다. 저렴하지만 순도와 전해액과의 상성을 높이기 위해서는 가공처리가 필요하다.

그래서 수지와 코크스 등에서 인공적으로 만들어낸 ‘인조흑연’이 등장했다. 비용은 더 비싸지만, 순도와 품질이 좋다. 전지 용량과 수명을 늘리기 쉬운 메리트가 있다. 인조흑연 기술력을 배경으로 부극재에서 세계 최고가 된 것이 히타치 화성이며, 일본 국내 2곳 외에 중국 산동성에 공장을 가지고 있다. 닛산자동차의 전기자동차(EV)의 ‘리프’와 미국 테슬라에 제공하고 있다.

지금까지 부극재 업체는 전지용량을 크게 하기 위해 흑연 전극의 개발에 힘을 쏟아 왔다. 하지만 리튬이온 전지의 주용도가 PC와 스마트폰에서 EV로 옮겨가는 중으로 기존의 흑연만으로는 용량의 한계에 다다르고 있었다.

때문에 각 회사는 실리콘 합금 등을 사용한 새로운 부극재료 개발을 서두르고 있다. 실리콘 전극의 방전용량은 이론적으로 1g 당 4200암페어라고 알려져 있다. 1g 당 350암페어 정도인 지금의 흑연과 비교해 10배 이상 많다.

다만 실리콘은 소재가 비싸며 충전 시에는 실리콘 체적이 4배 정도로 부풀어 전극 구조가 무너지기 쉽고 수명도 짧아 진다. 히타치 화성은 흑연과 실리콘을 혼합시켜 전지용량을 큰 폭으로 높인 부극재를 이미 실용화하고 있다.

부극재는 히타치 화성을 필두로 미쯔비시 케미칼과 쇼와덴코 등 일본기업이 긴 세월 압도해왔지만, 중국정부의 EV 보급 정책 등의 지원으로 중국 업체가 급속도로 힘을 키우고 있다. 중국 최대기업인 BTR은 천연과 인조흑연 모두 생산하며 일본의 전지업체에 부극재 공급까지 확대하고 있다. 실리콘의 제조도 시작하여 전세계 점유율에서도 히타치 화성에 육박하고 있다.

히타치 화성도 대항책으로서 이바라키현 안의 부극재 공장 증강을 추진하고 있다. 2017년 중에 2016년 대비 생산능력을 2배로 하여 2021년까지 용량이 보다 더 높은 실리콘 부극재 개발도 힘을 쏟는다. EV용 부극재는 높은 안전성이 요구된다. 많은 EV에서 채용된 실적과 신뢰성을 강점으로 경쟁에 나선다.

향후에도 일본기업이 우위성을 유지하기 위해서는 적극적인 증산투자와 연구개발이 필수적이다.

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