화학저널

미쓰이금속, A-SOLiD 공장 건설 검토 … 2028년 닛산 EV에 탑재 예정

미쓰이금속(Mitsui Mining & Smelting)이 전고체전지용 고체 전해질 초기 양산공장 건설을 검토한다.
전기자동차(EV)용 LiB(리튬이온전지)는 전해질에 가연성 유기화합물을 사용하기 때문에 고온환경에서는 발화 위험이, 저온환경에서는 응고 가능성이 있어 동작 온도가 섭씨 영하 20도에서 영상 60도로 제한적이다.
반면, 무기 고체 전해질을 사용하는 전고체전지는 동작 온도 범위가 영하 40-영상 100도 이상으로 넓으면서 발화 위험이 적고 수명도 20년 이상으로 길다.
전고체전지를 적용하면 LiB 모듈이 무거워지는 원인인 열 제어시스템도 간소화할 수 있어 차세대 전기자동차와 산업기계 등 사용환경이 가혹한 기기용으로 개발이 진행되고 있다.
고체 전해질은 산화물계와 황화물계로 구분된다. 
산화물계는 안정적이지만 이온전도도 향상에 한계가 있어 고용량화가 어려울 것으로 판단된다.
반면, 황화물계는 이온전도도가 우수해 자동차용 및 전원용 대형 배터리에 적용할 수 있을 것으로 기대되나 물과 반응하면 유해물질인 황화수소가 발생하기 때문에 생산환경과 내수성이 과제가 되고 있다.
미쓰이금속은 LC(Liquid Crystal)와 LED(Light Emitting Diode)용 황화물 형광체 노하우를 살려 고품질 황화물계 고체 전해질을 안전하게 생산하는 독자적인 프로세스를 개발하고 2024년을 전고체전지 상용화 원년으로 추진하고 있다.
미쓰이금속의 고체 전해질을 사용하는 맥셀(Maxell)의 전고체전지가 니콘(Nikon)의 산업용 로봇용 센서에 탑재되는 등 상용화가 물꼬를 텄으며, 닛산자동차(Nissan Motor)는 2028년까지 직접 개발한 전고체전지를 탑재한 전기자동차를 출시하는 계획을 발표했다.
미쓰이금속은 2021년 아지로다이트(Argyrodite) 구조 황화물 고체 전해질 A-SOLiD 브랜드의 샘플 공급을 시작했으며 2030년까지 A-SOLiD를 핵심으로 하는 신규 사업에서 100억엔 이상의 수익을 창출하겠다는 목표를 세우고 있다.
고체 전해질은 수요기업의 배터리 설계와 프로세스에 따라 입자 형태와 크기, 입도분포를 조정해야 하는데 미쓰이금속은 독자적인 분체 제어기술을 활용해 수요기업의 니즈에 대응함으로써 안정적인 품질을 갖춘 필요한 양의 전해질을 적시에 공급함으로써 시장의 호평을 받아 2023년 매출 19억엔을 달성했다.
미쓰이금속은 현재 사이타마현(Saitama) 종합연구소 양산시험동에서 A-SOLiD를 생산하고 있다. 2024년 4월 1단계 증설투자를 완료해 생산능력을 2021년 대비 100% 확대한데 이어 2025년까지 추가로 100% 증설을 위해 2단계 투자를 진행하고 있다.
미쓰이금속은 소규모 양산에는 현재 라인업의 생산기능으로 대응할 계획이다. 2차 증설 투자를 완료한 기준으로 양산시험동과 같은 수준의 생산능력을 갖춘 설비 입지와 가동 시기, 투자액을 정밀검토할 예정이다. 
특히, 자동화와 안전성을 개선한 설비를 도입하고 고품질을 유지하면서 적정 코스트를 확보할 방침이다.
동시에 대규모 양산을 위해 프로세스 개발과 저코스트화를 추진해 차세대 전고체전지용 고체 전해질 양산기술을 확립할 방침이다.
전고체전지의 중요한 기술과제로 지적되는 장기적인 충방전 기능 안정화의 관건인 고체 전해질과 양·음극재와의 밀착성 확보를 위해 소재 개질부터 생산 프로세스 등 다각도에서 개발을 진행하고 있다.
미쓰이금속은 LMO(리튬망간산화물) 개발·생산 등으로 축적한 양·음극재 노하우를 살린 솔루션을 제안함으로써 전고체전지 상용화를 가속화할 방침이다.
전고체전지 뿐만 아니라 A-SOLiD를 베이스로 5볼트급 고전위 양극 소재와 금속리튬 음극 등도 개발하고 있으며 수요기업의 니즈를 추종하는 신제품과 기술을 갖추기 위해 공정 폐기물을 기점으로 하는 고체 전해질 리사이클 기술 개발도 시작한 것으로 알려졌다. (윤우성 선임기자)