도시바(Toshiba)가 코발트 프리 LiB(리튬이온전지) 상용화에 도전한다.
도시바는 코발트를 함유하지 않은 5V급 고전위 양극으로 LiB를 개발했으며 2028년 상용화해 전동공구, 산업용 기기를 시작으로 채용실적을 거두고 자동차용으로도 제안할 계획이다.
코발트 프리 양극은 입자 표면을 개질함으로써 금속 용출을 막았고 가스 발생 등 부반응을 억제한 것으로, NTO(Niobium Titanium Oxide) 음극을 조합해 LiB로 제조했으며 3V 이상 고전압을 확보했을 뿐만 아니라 5분만에 80% 급속충전까지 실현한 것으로 알려졌다.
도시바는 코발트 프리 양극을 생산하기 위해 스피넬형 LNMO(니켈망간산화물)를 채용했으며 4.7V로 높은 전위를 확보함으로써 자원 고갈이 우려되는 코발트 리스크를 해소한 것으로 평가된다.
LNMO는 작동전위가 높아 전해액이 산화되고 가스가 발생해 배터리 팽창 혹은 수명 단축 등의 문제를 일으킬 수 있으나 도시바는 고준위 양극 표면에서 전해액이 분해될 때 가스가 발생하거나 양극재에 포함된 금속이 용출됐을 때 음극 표면에서 가스가 발생한다는 메커니즘을 규명했다.
이후 양극 입자 표면을 개질해 금속 용출을 막았고 음극 표면에서 용출 금속을 무해화하는 기술까지 개발한 것으로 알려졌다.
도시바가 신규 개발한 양극과 NTO 음극, 일반 전해액을 조합해 시험 제작한 라미네이트형 LiB는 평균 전압이 3.15V로 LFP(인산철리튬) 양극을 사용한 LiB와 동등한 수준이었고 섭씨 60도 고온 환경에서 100사이클이 지나도 용량 유지율 99.2%를 나타내 뛰어난 수명 특성을 갖춘 것으로 확인됐다.
최근에는 전압이 올라갈수록 사용 가능한 용도가 넓어지는 배터리 특성에 맞추어 카본계처럼 다른 음극과 조합해 전기자동차(EV)용으로 상용화하는 방안을 검토하고 있다. (강)