LiB(리튬이온전지)는 고용량화가 가장 중요한 개발 주제로 떠오르고 있다.
LiB는 전기자동차(EV)의 동력원으로 사용되며 더 많은 전력을 저장할 수 있게 되면 전기자동차의 1회 충전당 주행거리도 연장돼 고용량화를 위한 다양한 연구개발(R&D)이 진행되고 있다.
LiB는 크게 기기의 장시간 가동을 가능케 하는 고용량 타입과 순간적인 충‧방전에 대응하는 고출력계로 구분하고 있다.
승용 전기자동차에 탑재하는 LiB는 고용량 타입이며 최근 니켈‧코발트‧망간을 8대1대1 비중으로 사용한 하이니켈 3원계 양극활물질이 추가적인 고용량화를 위해 부상하고 있다.
이밖에 활물질을 LiB 내부에 다량으로 사용하기 위해 분리막 두께를 얇게 만드는 연구도 진행되고 있다.
탄소에 실리콘(Silicone)을 함유시킨 음극이 일반적으로 사용되면서 양극재, 음극재, 전해액, 분리막의 최적화된 조합을 찾아내 용량을 더욱 높이는 시도도 본격화되고 있다.
다만, 현재의 LiB는 이론용량치에 근접했기 때문에 신소재 개발 없이는 획기적인 고용량화를 기대하기 어려운 것으로 판단된다.
앞으로 수년 안에는 용량이 LiB의 2배 이상에 달하는 금속리튬음극전지가 실용화될 것으로 예상된다.
금속리튬음극전지는 음극에 금속리튬을 사용한 차세대 배터리이지만 충전 시 리튬 덴드라이트(수지상 결정)가 성장해 분리막을 뚫고 쇼트를 일으키는 과제가 있다.
도레이(Toray)와 배터리 벤처 3DOM 등은 덴드라이트 문제 해결을 위해 분리막 기술 개발에 나서고 있다.
특히, 3DOM은 금속리튬음극전지의 핵심기술을 확립해 덴드라이트 문제만 해결하면 2-3년 안에 실용화가 가능할 것으로 예상하고 있다.
양극재는 니켈과 망간산리튬계를 사용한 5V급 소재가 차세대 소재 후보로 부상하고 있다. 전위를 5V 근처까지 높일 수 있다면 LiB를 추가로 고용량화할 수 있어 개발이 기대되고 있다.
LiB용 신소재 개발이 본격화되면 전고체전지 개발에도 속도가 붙을 것으로 판단된다.
전고체전지는 포스트 LiB로 급부상하고 있으나 현재는 양극과 음극 소재를 그대로 사용하고 전해질만 고체로 대체한 LiB 수준에 머무르고 있다.
저온부터 고온까지 모든 환경에서 동작이 가능하다는 이점은 있으나 기존 소재를 사용했기 때문에 기대만큼 고용량화하는 것은 불가능한 상태이다.
전고체전지는 LiB에 비해 불에 잘 타지 않는 특징을 갖추었지만 절대적으로 발화를 막을 수 있는 것은 아니라는 지적이 등장하고 있다.
신소재 적용과 생산설비를 활용한 평가기간 등을 감안한다면 전고체전지가 자동차에 탑재되는 것은 2030년대 이후가 될 것으로 예상되고 있다. (K)