EV의 항속거리 향상 요구 맞춰 … 일산화규소를 원료로 투입
화학뉴스 2015.02.24
GS유아사(GS Yuasa)가 차세대 리튬이온 2차전지(LiB) 양산을 위해 새로운 타입의 부극재 적용을 추진하고 있어 주목된다.
전기자동차(EV)나 플러그인 하이브리드 자동차(PHV)의 항속거리 향상이 요구되고 있어 고용량 실리콘계 부극재 채용을 검토하고 있으며, 그 일환으로 일산화규소를 부극활물질로 사용하는 방안을 연구하고 있다. 일산화규소를 부극활물질로 사용해 LiB를 시험 제작한 결과 일산화규소의 입자가 깨져 일반적인 흑연계 부극재에 비해 용량이 빠르게 줄어드는 문제가 확인됐고 자세한 매커니즘 규명을 통해 일산화규소 상용화를 본격 추진할 방침이다. EV나 PHV 보급을 확대하기 위해서는 항속거리 개선이 중요한 이슈로 개선대책으로 정극재의 고용량화를 추진하고 있다. 부극재에는 기존의 흑연계를 사용하고 있으나 최근 흑연의 이론상 용량을 월등히 뛰어넘는 실리콘, 주석과 같은 합금계 부극활물질이 주목받고 있다. 다만, 실리콘계는 충전과 방전 사이에서 부피 변화가 크기 때문에 충전과 방전의 사이클에 따른 용량 저하가 문제시되고 있다. GS유아사는 문제를 해결하기 위해 일산화규소와 흑연을 4대6으로 혼합한 부극활물질 적용을 검토하고 있다. 동(銅) 집전박에 혼합한 부극활물질을 입힌 부극재와 니켈, 코발트, 망간 3원소계 정극재를 채용함으로서 각형 소형 LiB를 시험적으로 제작했고, 흑연을 부극재로 사용한 비교용 LiB와 함께 50회에서 150회의 사이클 이후 용량을 확인하는 테스트를 실시했다. 실험은 25도 환경에서 진행한 결과 50회 이후 흑연을 단독 사용한 전지는 용량 저하를 거의 보이지 않았으나 일산화규소 타입은 급격히 용량이 저하됐고 이후 저하가 완만해지는 변화를 확인했다. 또 50/150 사이클 이후 시험 제작한 LiB를 해체해 일산화규소 타입 부극재의 외관 변화를 관찰한 결과 초기 50회까지는 일산화규소 입자 표면에 미세한 구멍이 확인됐고 이후 내부까지 미세한 구멍이 증가하는 과정에서 큰 균열이 발생하는 것을 규명했다. 따라서 입자 내부 및 입자 사이의 전자전도성이 저하되는 것을 암시한다고 결론내렸다. 균열의 원인은 일산화규소 내부의 규소가 충전과 방전을 반복하는 과정에서 결정화되기 때문으로, GS유아사는 일산화규소와 흑연의 혼합 부극재를 비롯해 실리콘계 소재를 포함한 신규 소재 연구개발에 속도를 낼 방침이다. <화학저널 2015/02/24> |
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