일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2021.9.24

6분만에 충전할 수 있는 차세대 배터리, 2023년에 상업화
도시바 등 3사 공동개발 계약 체결

도시바와 종합 상사인 소지쓰(双日), 니오부(Nb)의 최대 생산 및 판매 업체 중 하나인 브라질의 CBMM(Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineracao) 등 3사는 9월 24일, 니오브 티탄계 산화물(TiNb₂O₇: NTO)을 음극활물질로 사용하는 차세대 리튬이온전지(LIB)의 시작(試作) 셀 개발을 완료하고, 상업화를 위한 공동개발 계약을 체결했다고 발표했다. 전기자동차(EV)용 LIB로서 2023년의 상업화를 목표로 한다고 한다. 상업화가 순조롭게 추진된다면, EV용 LIB 시장에서 게임 체인저가 될 가능성이 있다.

NTO를 음극으로 사용하는 LIB는 도시바가 2017년에 발표한 차세대 LIB 기술로, 특징은 크게 3가지이다. (1) 6분만에 90% 충전할 수 있다는 점 등, 초급속 충전에 대응한다. (2) 충·방전 사이클 수명이 2만 5,000회 이상으로 매우 길다. (3) 음극활물질의 전위가 리튬 대비 1.6V나 높고, 리튬이온 석출(Deposition)로 의한 덴드라이트(Dendrite, 수지상결정)가 형상되지 않기 때문에 안전성이 높다.

-- 전해액으로도 초고속 충전, 전고체 배터리를 앞질러 --
도시바는 지금까지 음극활물질에 티탄산 리튬(Li₄Ti₅O₁₂: LTO)을 이용한 LIB ‘SCiB’를 제조해 왔다. SCiB는 앞에서 소개한 (2)와 (3)과 같은 특징이 있기 때문에 정치형 축전지 외에 신칸센 차량 ‘N700S’과 마일드 하이브리드 차량(MHEV, 배터리의 전력을 발진이나 가속 시에만 사용하는 차량)으로의 탑재가 추진되고 있다.

하지만 SCiB는 셀의 중량 에너지 밀도가 89~96Wh/kg, 부피 에너지 밀도가 약 200Wh/L으로, 일반 고용량 LIB의 약 1/3밖에 되지 않는다는 단점으로 인해 본격적인 EV용으로는 사용하기 어렵다는 과제를 안고 있었다.

한편, NTO의 전위는 LTO와 동일, LTO의 우수한 점을 그대로 물려받았지만, 용량 밀도는 흑연의 2배, LTO의 약 3배로 높다. LTO 대신 NTO를 음극활물질로 사용한 차세대 SCiB는 에너지 밀도가 SCiB의 약 2배로, 고용량 LIB와의 차이를 큰 폭으로 줄였다.

최근 EV에서도 안전성이나 저비용성을 중시하는 관점에서 셀의 중량 에너지 밀도가 약 200Wh/kg인 고용량 LIB보다 낮은 인산철(LFP)계 LIB를 채택하는 움직임이 확대되고 있다. 이번 NTO계 LIB는 에너지 밀도에서 LFP계 LIB와 동등, 급속충전 성능이나 충·방전 사이클 수명에서는 LFP계 LIB를 크게 웃돌 것으로 전망되고 있어, EV를 포함한 폭넓은 용도로 사용될 가능성은 충분하다.

-- 신형 EV에 탑재해 실증으로 --
도시바와 소지쓰, CBMM 등 3사는 2018년 6월 시점에서 이 NTO 음극 재료에 대해 공동개발 계약을 체결했다. 그리고 이번 3사의 발표는 그 동안의 셀 개발에서 양산 과정 확립과 시장의 조기 투입으로 협업 페이스를 한 단계 앞서 추진한다는 것이다.

보다 구체적으로는, CBMM가 독일 트레이튼(Traton)그룹의 브라질 법인 ‘Volkswagen Caminhoes e Onibus’와 제휴. NTO 음극의 LIB를 탑재하는 신형 상용 EV를 설계해, 배터리의 특성과 차량 운행 데이터 수집을 통해서 신형 EV와 배터리를 실증할 예정이다. 트레이튼은 독일 폭스바겐 산하로, 트럭이나 버스 등을 제조한다. 도시바와 CBMM의 일본 시장용 총대리점인 소지쓰도 이번 실증에 참가한다.

 -- 끝 --

Copyright © 2020 [Nikkei XTECH] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.