Toray가 세계 최초로 LiB(Lithium-ion Battery) 부극 바인더용 수용성 PI(Polyimide)를 개발했다.
차세대 타입으로서 보급이 기대되는 실리콘(Silicone)계 부극활물질을 PI가 단단하게 고정함으로써 기판에서 실리콘 이탈을 억제하고 전지성능을 유지한다.
탄소와 실리콘으로 구성된 부극활물질 속 실리콘 사용량을 현재 5-10%에서 50%까지 향상시킴으로써 LiB의 고용량화를 실현할 수 있다.
수용성 PI는 열처리 등이 필요 없기 때문에 기존 부극형성 프로세스로 제조할 수 있다.
LiB의 고용량화가 요구되는 스마트폰 및 웨어러블(Wearable)용으로 채용실적을 쌓아 2020년 10억엔 이상의 매출을 목표로 한다.
부극활물질과 금속기판을 고정하는 바인더로써 고강도‧고탄성의 PI를 적용했으며, 부극재는 고용량화를 위해 탄소와 실리콘을 복합화하는 연구가 시행되고 있다.
SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 등의 바인더는 활물질의 결착강도가 약하고 활물질이 기판에서 이탈하기 쉽다는 문제점이 있기 때문에 기존 실리콘 복합비율은 5-10%로 억제하고 있다.
Toray가 개발한 신규 PI 바인더를 탄소 실리콘계 부극재로 사용하면 고강도 PI 특성에 따라 실리콘 사용률을 50% 정도까지 높일 수 있다.
탄소에 비해 이론상 10배 이상의 용량을 보유하고 있는 실리콘을 많이 사용함으로써 LiB의 고용량화를 실현하고, 신규 PI를 분자 수준으로 개질함으로써 전구체가 아닌 PI에 전화한 상태로 용해시키는 것이 가능하다.
또 분자구조에 친수성을 부여함으로써 PI를 수용성으로 바꾸는 것에 성공해 고온 열처리가 불필요해졌으며 신규 설비투자 없이 기존 생산설비를 활용하는 것이 가능해 졌다.
Toray는 부극 바인더용 수용성 PI의 샘풀 출하를 1월부터 시작했고 Siga 공장에서 월 생산능력 10톤 플랜트 건설을 추진할 계획으로, 장시간 구동이 요구되는 스마트폰 및 웨어러블기기에 실장하는 LiB용으로 적용하는 것을 제안할 예정이다.
민생용으로 채용실적을 늘리고 중장기적으로는 전기자동차(EV) 및 플러그인하이브리드자동차(PHV) 등 자동차 탑재용 확대를 목표로 한다.
LiB 생산기업들은 고용량화, 고출력화, 안전성 향상, 코스트 절감 등을 위한 연구개발을 강화하고 있다.
특히, LiB를 구성하는 정극재 및 부극재, 세퍼레이터, 전해액 등 4개 부재는 각각 특성에 적합한 성능을 실현하는 것을 목표로 하고 신규소재의 적용을 검토하고 있다.