
미쓰이금속, 고체 전해질 생산 2배 확대 … 오하라, 반고체용 제안
일본이 전해질을 통해 차세대 배터리 시장에 도전하고 있다.
미쓰이금속(Mitsui Mining & Smelting)은 전고체전지용 고체 전해질 양산시험용 설비를 건설하고 있으며 맥셀(Maxell)의 전고체전지에 이어 히타치조선(Hitachi Zosen) 개발제품에도 채용된 것으로 알려졌다.
전고체전지는 LiB(리튬이온전지)와 달리 액체 전해질을 사용하지 않아 발화 리스크가 없으며 섭씨 100도 이상 고온에서 10년 이상 사용할 수 있다.
LiB는 전기자동차(EV)에 이어 스마트폰, 태블릿 기기와 같은 모바일 기기에도 널리 사용되나 대부분 구매 후 2년이면 배터리 성능이 열화되는 문제가 나타나고 있다.
반면, 전고체전지는 전해질이 고체이기 때문에 증발, 동결 문제가 없고 극고온‧극저온에서도 사용 가능하며 열화 가능성이 매우 낮아 저장과 사이클 등 수명 관련 특성이 우수한 것으로 평가되고 있다.
미쓰이금속이 개발한 A-SOLiD 전해질은 아지로다이트형 황화물 고체 전해질로 맥셀이 2023년 양산할 전고체전지에 채용했고, 최근 히타치조선도 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)와 공동으로 진행한 실증에서 용량 5000mAh 전고체전지에 채용해 우주 공간에서도 충‧방전이 이루어지는 것을 확인했다.
전기자동차용으로도 샘플 공급을 진행하고 있어 2023년 말까지 사이타마현(Saitama) 소재 종합연구소의 양산시험용 설비 생산능력을 2배 확대한다.
아울러 반도체 실장용 특수 캐리어 HRDP 생산에도 집중하고 있다.
HRDP는 유리 캐리어가 포함된 미세회로 형성용 소재로 배선 폭 및 간격이 2마이크로미터에 불과해 반도체 미세화에 기여할 수 있다. 현재 하이엔드 및 미들존에서 패키지용 검증을 진행하고 있으며 자체 공정 검증(DOE) 기능을 활용해 수요기업 과제 해결을 본격화할 방침이다.
유리 생산기업 오하라(Ohara)는 리튬이온 전도성 유리 세라믹을 반고체전지 전해질용으로 제안하고 있다.
반고체전지는 LiB와 전고체전지의 중간에 위치하는 차세대 배터리로 겔 형태 전해질을 사용하며 교세라(Kyocera)가 2020년 생산을 시작한 점토형 LiB도 반고체전지로 분류되고 있다.
현재 중국 LiB 메이저와 일본 벤처기업들이 생산을 준비하고 있으며 전고체전지 시대가 시작되기 전 포스트 LiB로 먼저 자리를 잡을 것으로 예상된다.
오하라는 원래 LiB 성능을 개선하기 위해 양극에 첨가해온 LICGC PW-01을 겔 전해질 고분자 베이스 소재와 조합해 반고체전지용으로 제안하고 있다.
LICGC PW-01은 용제에 사용하는 NMP(N-Methyl Pyrollidone)에 높은 분산성을 갖추었고 전해액에 대한 용출이 적어 LiB 양극에 소량 첨가하면 열화를 막고 용량 90%가 될 때까지 충‧방전 횟수를 4배 유지하는 등 장수명화 효과까지 도모할 수 있다.
PW-01을 조합한 복합 전해질은 전해액 사용량을 절반 줄여 반고체전지의 안전성을 높이는 것은 물론 배터리 성능을 높이는 효과가 있을 것으로 기대된다.
LTO(Lithium Titanate Oxide) 음극에 직접 도공한 복합 전해질과 LCO(Lithium Cobalt Oxide) 양극을 조합한 동전형 반고체전지를 제작한 결과 고분자 베이스 소재를 단독으로 사용했을 때에 비해 용량 유지율이 크게 향상된 것으로 확인됐다.
오하라는 최근 친환경 트렌드를 타고 LiB 전극 용제 일부가 NMP에서 수용제로 전환됨에 따라 내수성이 우수하고 수용제에 분산되는 PW-01 공세를 강화하고 있으며, PW-01을 전극 용제 중량 대비 1% 첨가했을 때 직류 저항을 5% 낮출 수 있었고 친환경성이 우수하다는 강점을 부각시키고 있다.
미츠비시케미칼(Mitsubishi Chemical)은 북미지역에서 미래 수요 증가에 대비해 LiB 전해액 원료 조달망을 강화하고 있으며, 2023년 5월 미국 불소화학 메이저 코우라(Koura Global)와 LiB 전해액 생산 강화를 위해 업무협약을 체결한 것으로 알려졌다.
미국 인플레이션 감축법(IRA)에 대응한 것으로 코우라로부터 현지 전해액 공장에서 사용할 원료용 육불화리튬(LiPF6)을 공급받을 계획이다.
코우라는 루이지애나에 미국 최초의 LiPF6 공장을 건설한 불소화학기업으로 간도텐카(Kanto Denka)의 생산 기술을 라이선스했다. LiPF6 원료 형석은 중국산과 멕시코산을 주로 사용하며 전신 멕시켐(Mexichem Fluor)이 멕시코산을 사용했기 때문에 안정적인 공급이 가능한 것으로 알려졌다.
미츠비시케미칼은 미국 테네시에서 전기자동차 배터리용 전해액 공장을 가동하고 있으며 생산능력을 1만7000톤에서 2023년 3만6000톤으로 확대할 계획이다.
LiPF6를 중국과 일본에서 조달했으나 미국 IRA 수혜를 위해 코우라와 협력하고 다른 전해액 원료도 현지에서 조달받을 수 있도록 할 계획이다.
미츠비시케미칼은 독자적인 첨가제 기술을 활용해 전해액을 공급하고 있고 일본, 미국, 중국, 영국 사업장을 통해 글로벌 시장의 10%를 확보하고 있으며 2025년까지 점유율을 25%로 끌어올리는 것을 목표로 하고 있다. (K)