일본 쿠라레(Kuraray)가 PVA(Polyvinyl Alchol) 섬유로 LiB(리튬이온전지) 시장을 개척한다.
쿠라레는 PVA 섬유 브랜드 Kuralon의 LiB 용도 개척을 위해 샘플 공급을 시작했다. PVA 섬유는 음극재에 첨가하면 활물질 사이의 공극 발생과 박리를 방지하며 점증제 및 바인더 사용량을 줄여주고 LiB 장수명화와 고용량화에 기여한다.
특히, 차세대 실리콘(Si) 음극재와 전고체전지 개발에서 과제인 충·방전 시 음극재의 팽창·수축 해결방안으로 기대되고 있다.
Kuralon은 고강력, 고탄성률, 우수한 밀착성, 내알칼리성, 친수성, 내후성 특징을 보유하고 있으며 시멘트, 콘크리트, 고무 보강재 등에 사용된다.
배터리 소재 분야에서는 알칼리·망간전지용 분리막에 적용되고 있으며 쿠라레는 2차전지 영역에서도 용도를 개발하고 있다.
LiB 음극재는 활물질, 도전조제, 바인더로 주로 구성되며 충·방전으로 리튬이온이 삽입·탈리되면서 음극 활물질이 팽창·수축을 반복하면서 원래 형태로 완전히 돌아가지 않는 현상이 열화의 원인으로 지목된다.
배터리 생산기업들이 바인더를 이용해 대응하고 있으나 바인더는 사용량이 증가하면 활물질 비중이 줄어들 뿐만 아니라 리튬이온의 이동을 방해하게 된다.
최근 LiB가 고용량·고출력화를 위해 활물질량을 늘리는 방향으로 발전하는 가운데 음극재의 팽창·수축 대책은 한층 중요해지고 있다.
쿠라레는 양극에 리튬박을, 음극에 섬유경 6마이크로미터, 섬유장 2밀리미터의 Kuralon을 첨가한 하프코인 셀을 시험 제작했다. 10회 사이클 테스트 결과 기존 음극의 90% 이상의 방전용량을 유지했으며 음극재의 두께 변화 억제에도 성공한 것으로 알려졌다.
쿠라레는 Kuralon이 실리콘 음극재와 전고체전지의 과제를 해결하는 솔루션이 될 것으로 기대하고 있다.
실리콘 음극재는 흑연 대비 이론용량이 약 10배로 충·방전할 때 팽창률이 300-400%에 달해 상용화에 어려움을 겪고 있으며, 전고체전지 역시 충·방전할 때 팽창·수축이 발생하기 때문에 양·음극과 고체 전해질의 밀착성 향상이 과제가 되고 있다. (윤)