산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_22.6 (p32-33)

타지 않는 LIB 개발에 도전하는 엘리파워
전해액에 이온 액체 채용, 2025년에 양산 시작

리튬이온 2차전지(LIB)의 발화 사고가 끊이지 않는 가운데, 엘리 파워(ELIIY Power, 도쿄)가 타지 않는 LIB의 개발에 도전한다. 엘리 파워는 2006년에 설립된 정치용 대형 LIB 전문 개발 업체다. 높은 안전성을 자랑하는 엘리 파워의 LIB는, 못을 박아도, 눌러도, 과충전해도, 발화하지 않는다고 한다.

엘리 파워의 정치용 대형 LIB ‘HY 배터리’는 양극재에 올리빈 구조인 리튬인산철(LFP)을 사용한다. LFP는 스마트폰용으로 널리 보급된 리튬코발트산화물을 사용하는 LCO계나 전기차에 사용되는 니켈-망간-코발트(NMC)계 양극재와 비교해 동작 전압과 에너지 밀도가 낮다. 엘리 파워의 LIB 셀은 전압 3.2V(NMC계는 3.7~3.8V), 질량 에너지 밀도 125Wh/kg로 NMC계의 절반 정도다.

반면 LFP는 충방전을 반복해도 배터리 용량이 쉽게 저하되지 않는 긴 수명과 높은 안전성이 특징이다. 엘리 파워의 LIB는 1만 7,000회의 반복 충방전 후에도, 방전 용량 유지율 70%를 자랑한다. 이것은 가정용 축전지로서의 이용을 상정하면, 20년 이상의 수명을 전망할 수 있다고 한다.

안전성에서는 독일 TUV Rheinland가 책정한 안전검사에 합격. 대형 LIB로서 세계 최초로 'TUV-S' 마크를 취득했다. 풀 충전한 LIB에 못을 박아 강제로 내부 단락(쇼트)시키는 시험이나 24시간 연속으로 과충전 상태를 유지하는 시험에서도 발연∙발화가 인정되지 않았다.

-- 못을 박아도 온도가 변하지 않았다 --
엘리 파워가 채용한 올리빈형 LFP는 애초에 Li가 결정 구조의 유지에 관여하지 않았다. 따라서 과충전으로 인해 필요 이상으로 Li 이온이 빠져도 결정 구조를 유지할 수 있어 이상 발열이 일어나기 어렵다. 또한 LFP를 구성하는 인과 산소의 결합이 강하기 때문에 온도가 상승해도 산소를 방출하지 않으므로 연소되지 않는다.

양극재에 독자적인 아이디어도 반영하고 있다. LFP는 전극재로는 전기가 흐르기 어려운 재료이므로 탄소와 같은 도전성이 높은 재료로 코팅하여 사용한다. 엘리 파워는 쇼트했을 때 대전류가 흐르지 않도록 코팅량 등을 조절한다. “LFP나 도전재, 결착제 등 혼합 재료의 조제 방법도 고안하고 있다”(엘리 파워의 가와카미(河上) 부사장).

언론사를 대상으로 개최한 공장 견학과 의견교환회에서는 LIB를 강제로 단락시키는 '못질 시험'을 공개했다. 못을 박기 전의 전압이 3.5V였고, 못을 박은 후에는 3.4V로 전압이 거의 떨어지지 않았다. 단락시켜도 대전류가 흐르지 않는다. LIB 온도도 못 박기 전후로 13℃에서 변화하지 않았다.

-- 전해액에 이온 액체로 타지 않는 LIB 최종형 --
엘리 파워는 전해액에 불연성의 이온 액체를 사용한 LIB를 개발했다고 18년에 발표했다. 25년에는 이온 액체를 사용한 LIB의 양산을 시작할 예정이라고 한다. 이온 액체란 양이온과 음이온만으로 구성되는 액체로 이른바 액체 소금이다. LIB 화재에서는 기화된 전해액이 '연료'가 되는 것이 피해를 확대하는 요인 중 하나이지만 이온 액체는 거의 기화하지 않기 때문에 발화하지 않는다.

이온 액체의 채택으로 안전 대책에 대한 접근 방식이 달라진다. 지금까지는 LFP의 특성을 살려 타지 않는 LIB를 만들어 왔지만 애초에 타는 물질이 없다면 LFP를 고집할 필요가 없다. 구체적인 전극재의 종류는 공개하지 않았지만, “에너지 밀도 280Wh/kg으로, 못을 박아도 타지 않는 셀을 완성했다”(가와카미 부사장). 에너지 밀도는 LFP를 사용한 기존 LIB의 2배 이상이다.

“에너지 밀도와 안전성은 양립이 불가능했지만 이온 액체의 채용으로 양립을 도모할 수 있다. 현재는 타지 않는 LIB의 최종 마무리 단계다”(가와카미 부사장). 25년의 양산 개시를 위해 주력하고 있다고 한다.

 -- 끝 --

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