일본 DOWA가 전고체전지용 소재 사업을 본격화할 계획이다.
DOWA 그룹에서 전자소재 부문을 담당하는 DOWA Electronics Materials는 2030년 이후 형성될 자동차용 전고체전지 관련 사업 로드맵을 구상하고 있다. 개발 및 소규모 생산도 맡고 있다.
전고체전지는 현재 주류를 형성하고 있는 LiB(리튬이온전지) 전해질을 고체화한 차세대 배터리로 LiB 대비 에너지밀도와 이온 전도도가 높고 열 안정성이 우수하다.
전기자동차(EV)용 배터리 고출력화와 초고속 충전 대응은 물론 고온환경에서 사용이 가능해 열제어 시스템 간소화도 가능할 것으로 예상된다.
고체 전해질은 산화물계와 황화물계로 구분되며 황화물계는 우수한 이온 전도도를 바탕으로 차세대 전기자동차와 전력원용 대형 배터리에 적용하기 위해 개발되고 있고, 산화물계는 안정적인 특성을 살려 의료기기 및 웨어러블 디바이스 등으로 상용화가 기대되고 있다.
DOWA Electronics Materials는 황화물계 전고체전지를 위한 양극활물질용 코팅 소재를 개발해 수요기업과 검증을 진행하고 있다.
기존 소재보다 내구성을 개선해 평가가 양호한 것으로 알려졌다. 독자적인 특허 공법을 적용해 일반적인 불용성 니오브산리튬(LiNbO3)을 수계로 변환한 것으로 안전하면서 얇고 균일한 코팅층을 형성하는 점이 특징이다.
전고체전지에 적용해 테스트한 결과 높은 이온 전도도와 열역학적으로 안정적인 조성 덕분에 고전압 환경에서 내구성 개선이 확인됐다. 수요기업 입장에서는 방폭 대책이 필요 없어져 설비 간소화가 가능한 점도 메리트로 평가된다. 현재 글로벌 생산기업들과 차세대 전기자동차에 상용화를 상정하고 검증을 진행하고 있다.
또 DOWA Electronics Materials는 산화물계 고체 전해질로 나트륨 초이온 도전체(Nasicon) 타입을 사업화했으며 세계 최고 수준의 저온소결성을 지닌 가넷(Garnet) 타입도 샘플 공급을 시작했다.
Nasicon 고체 전해질 라인업은 전고체전지용으로 결정질과 비결정질을 보유하고 있으며 독자기술을 적용해 조성 균일성이 우수한 전해질 분말로 공급한다.
가넷 타입 고체 전해질은 산화물계 중에서도 고출력화와 대용량화가 가능한 소재로 기대를 모으고 있으나 막을 형성할 때 섭씨 1000도씨 이상 고온 처리가 필요한 어려움이 있다.
DOWA Electronics Materials는 가넷 타입을 나노 크기의 1차 입자경으로 만들어 가압 성형에서 밀도를 높임으로써 약 500도 소결조건(가압)에서 기존제품보다 높은 이온 전도도를 구현했다.
공동개발 중인 일본 산업기술종합연구소(AIST)와 양극에 NCM(니켈·코발트·망간) 3원계, 음극에 리튬티탄산화물(LTO)을 적용한 고체전지 셀을 시험제작해 상용화에 충분한 충·방전 특성을 갖추었음도 확인했다. (윤)