화학뉴스

쿠라레(Kuraray)가 LiB(리튬이온전지)용 첨가 소재인 기능성 탄소 개발에 성공했다.
리튬이온을 확산시키는 기능을 가져 양극재 두께를 늘릴 수 있으며 실제 실험에서 개발제품을 첨가해 후막 양극을 제작한 결과 기존 소재만 사용했을 때에 비해 방전 레이트 특성이 약 40% 향상된 것으로 확인됐다.
최근 LiB 고용량화를 위해 활물질을 다량 사용하는 박막 전극이 주목받고 있으나 전극을 두껍게 제조하면 LiB의 입출력 특성이 저하되는 문제가 있는 것으로 지적되고 있다.
쿠라레는 신소재가 과제 해결에 도움이 될 것으로 기대하고 자동차용이나 한랭지에서 사용하는 LiB를 중심으로 제안할 예정이다.
차세대 액계 배터리에도 적용이 가능할 것이라는 판단 아래 추가 연구개발(R&D)도 진행하고 있다.
쿠라레는 오카야마현(Okayama) 쿠라시키(Kurashiki) 연구센터에서 기능성 탄소를 개발했다. 여타 사항은 공개하지 않았으나 구조제어 기술을 활용해 개발한 것으로 파악되고 있다.
LiB 양극재는 일반적으로 활물질이나 카본블랙(Carbon Black) 도전조제, 활착 역할을 하는 바인더 등을 혼연한 슬러리를 알루미늄박에 도공해 제작하고 있다.
최근에는 LiB 용량을 확대하기 위해 활물질량을 확대하는 시도가 계속되고 있으며 전극 두께를 두껍게 만드는 것이 유력한 방법으로 떠오르고 있다.
하지만, 전극을 두껍게 제조하면 리튬이온 확산이 어려워져 입출력 특성이 저하되는 과제가 있다.
쿠라레의 기능성 탄소는 도전조제 카본블랙의 일부를 대체해 리튬이온의 확산 효과를 유지함으로서 과제 해결에 도움이 될 것으로 기대된다.
특히, 기존 소재를 대체하는 것이기 때문에 생산설비나 프로세스 변경이 불필요하다는 것이 특징이다.
또 전극이나 분리막은 두꺼워질수록 사용량이 줄어들기 때문에 배터리 전체 코스트 감축에도 기여할 것으로 판단되고 있다.
현재는 기능성 탄소를 배터리 생산기업에게 샘플로 공급하고 있으며 출시 시기는 정하지 않았으나 주로 자동차용으로 공급할 계획이다.
후막화를 통해 배터리 용량을 개선하고 충방전 레이트 특성까지 대폭 향상시킬 수 있다는 특징을 활용한다면 하이브리드자동차(HV)나 플러그인하이브리드자동차(PHV) 등 자동차용 고출력 LiB 적용이 가능할 것으로 기대하고 있다.
이밖에 한랭지에서 사용하는 일반기기용 LiB 용도에 주목하는 한편 중장기적으로는 차세대 액계 배터리에도 첨가가 가능할 것으로 예상하고 있다.
배터리 생산기업들이 최근 차세대 배터리로 나트륨이온전지, 리튬황전지 등 전해액을 사용하는 배터리 개발을 진행하고 있어 수요 확보에 문제가 없을 것으로 판단하고 있다.
앞으로는 LiB용으로 상용화하기 위한 연구개발과 동시에 차세대 배터리 적용을 목표로 한 추가 개발작업도 본격화할 계획이다. (K)