일본 화학기업들이 LiB(리튬이온전지) 소재 사업을 확대하고 있다.
LiB는 양극재, 음극재, 전해액, 분리막이 핵심 소재로 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션 등 국내 3사가 공세를 강화하고 있는 가운데 중국기업들이 맹추격하면서 4대 소재 수요가 증가하고 있기 때문이다.
일본도 소재를 공급하는데 그치지 않고 배터리 사업을 본격화하고 있다.
전기자동차(EV)용 배터리 시장은 중국 CATL이 선두를 달리고 있는 가운데 일본 파나소닉(Panasonic)이 바짝 추격하고 있으며 LG화학, 중국 비야디(BYD), 삼성SDI기 뒤를 쫓고 있다.

MCH, 일본·미국·유럽·중국 전해액 증설
미츠비시케미칼(Mitsubishi Chemical)은 일본 미에(Mie) 소재 전해액 공장을 증설하고 있으며 미국과 중국에서도 차기 증설 검토에 들어갔다.
유럽에서는 영국 외에 다음 공장을 건설하는 방안을 고려하고 있으며 2021년부터 시작하는 중기 경영계획에서 투자를 확정할 방침이다.
음극재는 현재 개발하고 있는 천연흑연계가 장수명화 및 고내구화를 실현해 차세대제품으로 평가받고 있어 일본 카가와(Kagawa) 사업장에 양산설비를 건설하고 2020년 중반부터 상업생산을 시작할 예정이다.
중국공장에서도 2021년 음극재를 증설하며 자동차용을 중심으로 글로벌 공급체제를 더욱 확대할 계획이다.
미츠비시케미칼은 LiB 4대 핵심소재 가운데 전해액과 음극재를 생산하고 있으며, 자동차용과 대형 축전지용을 중심으로 사업 확장에 속도를 내고 있다.
전해액은 고기능 첨가제 기술과 노하우를 강점으로 글로벌 시장을 선도하고 있으며 음극재는 장수명 특성, 높은 내구성, 급속충전, 고용량 등 요구되는 특성에 적합한 소재를 개발함으로써 영향력을 확대하고 있다.
글로벌 자동차 시장이 2018년 하반기부터 침체되고 있지만 앞으로도 전동화가 진전되면서 LiB 소재 수요가 계속 증가할 것으로 기대하고 투자를 적극화하고 있다.
전해액은 미에에서 생산라인 디보틀넥킹과 출하·수송 효율화, 검사공정의 디지털화 등을 추진함으로써 생산능력을 5000톤 확대하는 작업을 추진하고 있다.
2019년 3000톤을 증설한데 이어 2020년 2000톤을 추가함으로써 전체 생산능력을 1만6000톤으로 확대할 방침이다.
해외에서도 순차적으로 증설을 추진하고 있다. 
미국에서는 2018년 가을 생산능력을 1만7000톤으로 7000톤 확대했고 최근 풀가동 상태에 도달함에 따라 차기 증설을 검토하고 있다. 수요 흐름에 맞추어 우선 7000톤을 증설할 계획이다.
중국 1만톤 공장은 2018년 1월부터 우베코산(Ube Kosan)과 50대50 합작으로 전환했으며 풀가동에 도달해 7000-8000톤 정도 증설하는 방안을 검토하고 있다.
영국 1만톤 공장은 2018년 가을 재가동했으며 다른 유럽지역에 공장을 신규 건설하는 계획을 검토하고 있다. 2021-2025년 진행하는 차기 중기경영계획 중 완공할 수 있도록 상세 투자내용을 정리하고 있다.

음극재는 차세대제품 상업생산 추진
음극재는 코크스로가 소재한 카가와에서 8000톤, 천연흑연 합작공장이 소재한 중국 칭다오(Qingdao)에서 1만톤 공장을 가동하고 있다.
카가와에서는 개발기능 집적 및 이관을 실시해 차세대제품 개발을 추진하고 있으며, 특히 천연흑연게의 과제인 팽창을 억제하는 기술을 개발해 파일럿 설비를 두고 수요처 평가작업을 진행했다.
팽창을 억제함으로써 장수명화 및 고내구화에 도움이 된다는 점에서 좋은 평가를 받고 있으며 양산설비 건설 계획을 검토하고 있는 것으로 알려졌다.
2020년 중반까지 2000톤 설비를 완공할 방침이다.
칭다오에서는 2021년 6000-8000톤 정도를 증설하는 프로젝트를 검토하고 있다.
또 카가와에서 천연흑연계 뿐만 아니라 실리콘(Silicone)계도 개발하고 있는 가운데 현재 실리콘계의 과제인 사이클 특성 향상에 주력하고 있어 2022-2023년에는 시장 투입이 가능할 것으로 예상하고 있다.

아사히, 분리막 기능 향상 소재 개발 본격화
아사히카세이(Asahi Kasei)는 차세대 배터리 소재 개발을 강화하고 있다.
현재 세계시장을 장악하고 있는 LiB 및 축전지용 분리막(절연막) 기능을 높일 수 있는 소재와 신형 축전지용 소재 개발을 동시에 진행할 계획이다. 
LiB 개발을 통해 노벨화학상을 수상한 요시노 아키라 명예 펠로우가 구축한 기술 초석을 계승 및 발전시키면서 자동차용 축전지 보급을 지원할 수 있는 차세대 소재 개발도 주도할 방침이다. 
적신호에 맞추어 자동차를 일시 정지했을 때 엔진을 멈추어 연비를 향상시키는 아이들링 스톱 자동차에 탑재되고 엔진 정지 중 전력 공급을 담당하는 납축전지는 충·방전 빈도가 많은 것으로 알려져 있다.
아사히카세이는 분리막에 카본소재를 도포해 급속충전성과 내구성 등을 높인 카본 코트 분리막을 개발했으며 충전성이 2배, 충·방전 사이클 수명도 30% 개선에 성공했다.
현재 수요기업이 평가작업을 진행하고 있다.
분리막(LiBS)은 습식과 건식을 모두 생산하고 있으며 자동차용으로는 건식 분리막의 강도를 높인 신제품 개발을 추진하고 있다.
다양한 폴리머(고분자)와 조합하는 블렌드 및 얼로이 기술을 활용해 강도를 높였으며 수요기업에게 샘플을 출하하고 있다.
LiB의 과제로 알려진 저온환경 아래 동작성 문제를 극복하기 위한 신소재는 혁신 전해액 명칭으로 개발하고 있다.
일반적인 카보네이트(Carbonate)계에 비해 이온 전도성이 높은 아세토니트릴(Acetonitrile)을 전해액 용매로 채용함으로써 아세토니트릴의 단점으로 알려진 전압이 걸리면 분해반응이 일어나는 문제를 해결했으며 전해액 안정성을 높이기 위해 여러 첨가제를 배합했다.
혁신 전해액은 10여년 전 요시노 아키라 명예 펠로우가 고안한 연구주제로, 현재 전해액 분야에서 세계적 권위를 갖춘 독일 뮌스터(Munster)대학의 마틴 윈터 교수 등과 공동 개발하고 있다.
혁신 전해액의 이온전도성은 실온에서 기존 LiB의 3배 개선되고 영하 30도에서는 실온환경과 비슷한 수준을 낼 수 있는 것으로 확인됐다.
유럽 등 겨울철 혹한이 심한 지역에서는 전기자동차 보급을 확대하기 위해 LiB의 저온환경에서 동작성 향상이 중요한 것으로 파악되고 있다.
이온전도성을 대폭 향상시킴으로써 6분만에 급속 충전할 수 있는 LiB 설계와 기존에는 어려웠던 엔진 시동용 배터리를 납축전지에서 LiB로 대체하는 것도 가능할 것으로 예상하고 있다.
EV 급속충전이 실현된다면 충전 인프라 부족 등의 문제 해결에도 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

LiC·전고체전지 개선작업도 총력전
신형 축전지로 개발하고 있는 것은 혁신 리튬캐퍼시터(LiC)로, LiB에 비해 급속충전성과 충·방전 사이클 수명이 우수한 반면 출력과 코스트 면에서 아직 과제가 남아 있어 아직 자동차 용도에서는 서브 배터리 보급에 머무르고 있다.
이에 따라 리튬이온 공급원으로 저가의 탄산리튬을 사용해 음극 소재를 도핑하는 독자적인 기술을 개발했으며 기존 LiC에 비해 에너지밀도가 높아지고 코스트도 대폭 절감한 것으로 알려졌다.
혁신 LiC는 하이브리드자동차(HV)와 플러그인하이브리드자동차(PHV), 건설기기 및 산업기기 등의 용도에서 수요를 기대하고 있다.
차세대 배터리로 잘 알려진 전고체전지 분야에서는 요시노 아키라 명예 펠로우가 이사장을 맡은 리튬이온 전지소재 평가연구센터(LIBTEC)와 협력하고 있다.
현재 아사히카세이가 전고체전지를 구성하는 모든 부재를 공급하는 방향으로 소재 개발을 추진하고 있다.
아사히카세이는 그동안 연구·개발본부의 3개 부서에 분산돼 있던 차세대 배터리 소재 관련 연구개발(R&D) 기능을 2019년 연구개발센터로 통합했다.
배터리 소재와 관련된 사내 전문가를 모두 집약함으로써 연구개발이 효율적으로 이루어질 수 있는 체제를 마련했다.
아사히카세이의 강점으로 주목받고 있는 것은 후지(Fuji) 지사의 전지 평가체제로, 18650형 원통형 셀과 라미네이트 셀 등을 통해 배터리로 완성한 상태에서 소재 성능 평가를 진행하고 있다.
자체적인 평가체제를 보유함으로써 차세데 소재 개발 트렌드를 파악하기 쉽다는 강점을 갖추고 있다.
신소재 탐색과 설계에 인공지능(AI)과 데이터를 활용하는 MI(Materials Informatics)를 적극 활용하고 있는 것도 장점으로 파악된다.
실제로 전해액 첨가제와 신제품 설계 등에서 성과를 내고 있다.
앞으로도 차세대 소재 개발을 강화해 자동차 배터리 시장의 성장을 따라잡을 방침이다. (K)