일본이 이르면 2023년 가을 반고체전지 상용화에 나설 것으로 예상된다.
일본에서는 오사카소다(Osaka Soda), 야마가타(Yamagata)대학, 벤처기업 BIH가 오사카소다의 특수 폴리에테르를 담지한 절연막(분리막)을 개발했고 분리막에 용매 유사 고체화 기능을 부여하는데 성공했다.
이후 반고체 분리막으로 LiB(리튬이온전지) 성능을 검증한 결과 일반 분리막을 사용했을 때에 비해 수명이 길어지는 효과가 있음을 확인한 것으로 알려졌다.
우선, 충전 기능을 갖춘 스마트폰 케이스 배터리로 상용화하고 이후 양산체제를 확립해 웨어러블(Wearable) 기기 시장을 개척할 예정이다.
반고체전지에 투입한 오사카소다의 폴리에테르는 EO(Ethylene Oxide)계 모노머를 개환 공중합함으로써 합성한 것이며 분리막은 특수 폴리에테르를 유기용제에 용해시킨 후 도공기에서 PE(Polyethylene)로 만든 미다공 분리막에 도공하는 방식으로 제작했다.
니켈‧코발트‧망간을 8대1대1 비율로 구성한 3원계 양극재와 천연흑연계 음극재, EC(Ethylene Carbonate) 등 유기용매를 사용한 전해액을 조합해 반고체 특성을 갖춘 LiB를 시험 제작했으며 사이클 특성 평가 결과 45사이클 후 용량 유지율이 99.6%로 무도공 분리막을 채용한 LiB에 비해 6.6%포인트 우수함을 확인했다.
환원내성이 우수한 폴리에테르를 사용해 전해액 분해를 억제함으로써 사이클 특성을 개선한 것으로 파악되고 있다.
오사카소다와 야마가타대학은 2017년부터 폴리에테르를 소재로 사용하는 배터리를 연구해왔으며 겔 상태 전해질과 폴리에테르를 적용하는 방안을 검토하던 과정에서 분리막에 폴리에테르를 도포하면 반고체전지 상용화가 가능해질 것이라고 판단했다.
3사는 앞으로 반고체전지 시장 개척에 나설 예정이다.
특수 폴리에테르를 공급하는 오사카소다는 스마트폰 케이스용 반고체전지 용도를 주목하고 있으며 현재 양산화 기술 확립 및 생산설비 건설을 위한 협상을 진행하고 있다.
야마가타대학을 중심으로 소재 조율, 배터리 성능 평가를 진행하며 BIH가 어플리케이션 개척을 진행하는 것으로 알려졌다.
3사가 개발한 반고체전지는 장수명 특성을 갖추었으며 과방전 후 용량 저하와 음극에서 석출되는 불순물(덴드라이트) 생성을 억제하는 효과가 있음이 확인됐다.
BIH는 반고체전지 개발제품의 특성을 살릴 수 있도록 무선 이어폰을 중심으로 시장 개척을 준비하고 있다.
무선 이어폰은 장시간 사용하지 않고 방치해두면 회로에 LiB가 접촉된 상태가 장기간 이어짐으로써 LiB가 열화돼 작동하지 않는 문제가 발생할 수 있으나 반고체전지로 대체한다면 트러블 방지 효과가 있을 것으로 기대되고 있다.
3사는 앞으로 특수 폴리에테르와 실리콘(Silicone), 금속리튬 등 새로운 음극 소재를 조합한 새로운 배터리를 개발하는 방안도 검토하고 있다. (K)