일본 Meisei Chemical이 LiB(리튬이온전지)용 이온 전도성 폴리우레탄(Polyurethane)을 개발했다.
개발제품을 전극 위에 도포하면 천공강도가 매우 높은 폴리머 전해질막층이 형성돼 충격에 따른 단락을 방지할 수 있으며 높은 강도 덕분에 박막화가 가능하고 충·방전 속도 향상도 기대할 수 있다.
Meisei Chemical은 신규 개발한 이온 전도성 PU를 폴리머 전해질 등으로도 활용 가능할 것으로 기대하고 있으며 배터리·소재 생산기업 등 광범위한 수요기업에게 샘플 공급을 추진할 계획이다.
이온 전도성 폴리머는 PEO(Polyethylene Oxide)가 대표적이다. 다만, PEO는 천공강도에 한계가 있으며 폴리머 전해질층 강도가 낮아 충격 등으로 파손돼 양극과 음극이 접촉해 발화 원인으로 작용할 수 있다.
이에 Meisei Chemical은 강점인 폴리우레탄 제조기술을 응용해 이온 전도성이 없는 폴리우레탄에 이온 전도성을 부여하는데 성공했다. 이온 전도성 폴리우레탄의 이온전도도와 전기화학적 안정성은 기존 이온 전도성 폴리머와 동등한 수준을 유지할 수 있는 것으로 알려졌다.
Meisei Chemical은 이온 전도성 폴리우레탄이 높은 결착성을 지니고 있어 폴리머 전해질로 이용할 수 있으며 무기고체 전해질용 바인더와 액체 및 고체 배터리 전극 활물질 바인더로 이용 간으할 것으로 상정하고 있다. 리튬이온 뿐만 아니라 금속이온도 전도 가능하며 NiB(나트륨이온전지) 등에도 응용 가능성이 있다.
수소 분산체와 용제계 용액 등 2가지 타입이 있으며 용제는 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)와 DMAC(Dimethylacetamide) 등 요청에 맞추어 조정할 수 있는 것으로 알려졌다.
개발제품을 이용한 두께 30마이크로미터 전해질 샘플 필름에 시험 바늘을 수직으로 찔러 강도를 측정한 결과 수계는 350센티뉴턴, 용제계는 500센티뉴턴을 나타냈다. 동일한 두께의 PEO계 수전해질 필름의 천공강도는 1센티뉴턴 수준으로 알려졌다.
Meisei Chemical은 몇 년 전부터 개발을 시작해 이미 특허 출원을 마쳤으며 앞으로 샘플 제안을 강화해 안전한 고성능 배터리 개발에 기여할 방침이다. 이미 일부 수요기업에게 샘플을 공급하고 있으며 소재의 독자성 등이 높은 평가를 받고 있는 것으로 파악된다.
Meisei Chemical은 LiB용 이온 전도성 폴리우레탄을 중장기적인 관ㅅ점에서 파인케미칼 사업의 고부가가치 브랜드로 육성할 방침이다. (윤)