마루젠, 신형 음극 바인더 … 닛폰케미칼, 전고체용 하드카본 제안

차세대 2차전지 상용화에 대비한 소재 개발 경쟁이 본격화되고 있다.
배터리 소재 생산기업들은 포스트 LiB(리튬이온전지) 시대를 선점하기 위해 연구개발(R&D)에 주력하면서 고용량화와 급속 충·방전 특성, 장수명화 등 현행 LiB를 상회하는 성능이 요구됨에 따라 차세대 배터리 소재 창출과 제안에 주력하고 있다.
LiB는 양극재와 음극재, 전해질, 분리막으로 구성되고 배터리 성능은 최종적인 소재 조합으로 결정되기 때문에 개별 소재의 고성능화는 배터리 성능 향상에 필수적이다.
음극 분야에서는 실리콘(Silicone)계 음극재와 금속리튬 음극재가 대표적인 차세대 소재로 꼽힌다.
일본 마루젠석유화학(Maruzen Petrochemical)은 실리콘 음극용 바인더를 개발하고 있다. 바인더는 활물질을 고정시켜 배터리 효율을 개선하는 역할을 수행한다.
실리콘은 기존 음극 대비 고용량화가 가능한 소재이나 충·방전에 따른 부피 변화의 영향으로 실리콘이 집전박에서 박리되는 문제가 발생해 상용화를 위해서는 내구성 개선이 필수적이다.
마루젠석유화학이 공급하는 실리콘 음극용 바인더인 비닐린폴리머(Vinylphosphonate Polymer)를 이용한 200회 충·방전 사이클 테스트 결과 기존 PVDF(Polyvinylidene Fluoride)의 전기용량  40%를 웃도는 약 70%를 달성했다.
마루젠석유화학은 비닐린폴리머를 실리콘계 음극을 사용한 LiB의 충‧방전 사이클 특성을 개선하는 바인더로 배터리 시장에 광범위하게 홍보할 계획이다.
일본 타이카(Tayca)는 실리콘계 뿐만 아니라 흑연계 음극에도 적합한 희생양극 소재(전리튬화: Pre-lithiation 소재) 제안활동을 강화하고 있다.
실리콘 음극을 적용하면 처음 충전 시 안정화층(Solid Electrolyte Interphase)이 형성되며 전해질 속의 리튬이온이 소비되면서 2회차 이후의 충·방전 용량이 감소하는 불가역 용량 현상이 발생한다. 희생양극 소재는 불가역 용량 현상을 취소할 수 있다. 
타이카는 양극에 리튬인산철(LFP), 음극에 30% 실리콘과 그래파이트를 적용한 4Ah LiB에 희생양극을 적용해 에너지밀도가 22% 향상됨을 확인했다.
타이카는 특수한 설비가 필요하지 않아 기존 양극제 설비에서 전리튬화가 가능한 우수한 사용성을 홍보할 방침이다.
기존 탄소계 음극 대비 약 10배의 이론용량을 지닌 금속리튬 음극 상용화도 기대를 모으고 있다. 
다만, 금속리튬 음극은 배터리 생산기업들이 유황계 양극과 조합을 시도하고 있으나 충전 시 리튬 덴드라이트(수지상 결정)가 성장하면서 분리막을 파손하는 문제가 제기되고 있다.
이에 일본 오쿠노제약(Okuno Chemical)은 리튬 덴드라이드 성장 억제제 Top Metaeon Li를 개발했다. 전해액에 첨가하면 덴드라이트 석출을 억제하는 동시에 충·방전 사이클도 개선되는 것으로 알려졌다.
오쿠노제약은 배터리 생산기업에 대한 솔루션을 지속적으로 강화하면서 금속리튬을 사용한 차세대 배터리 상용화를 지원할 방침이다.
전고체전지용 소재 분야에서는 일본 닛폰케미칼(Nippon Chemical)이 기능성 인산염 Cell Serum을 개발했다. 인산 라인업을 사용해 독자적인 화학합성법으로 생산한다.
닛폰케미칼은 Cell Serum을 양극활물질과 고체 전해질로 응용할 예정이며 웨어러블 단말 등에 실장하는 소형 전고체전지용으로 채용을 기대하고 있다.
아울러 Air Water Performance Chemical은 자동차용 배터리 최대 메이저로 평가되는 중국 CATL이 상용화한 NiB(나트륨이온전지)용 소재로 소입자경 구형 하드카본 Bellfine을 제안하고 있다. 
Bellfine은 LiB 흑연음극에 을 첨가하면 저온충전성이 개선되고 급속 충전성능이 향상되는 효과가 있으며 Air Water Performance Chemical은 NiB 음극용으로 고용량 타입을 개발했다. (윤)