화학뉴스

LiB(Lithium-ion Battery)의 고용량화를 위해 실리콘(Silicone)을 적용한 신규 부극재가 주목받고 있다.
실리콘계 부극재는 이론적으로 탄소계에 비해 용량이 10배 이상에 달해 스마트폰 및 태블릿 등의 사용시간을 늘릴 수 있을 것으로 예상되고 있다.
부극재 생산기업들은 실리콘 함유율을 높인 실리콘-탄소 복합소재의 적용을 가속화하고 있으며 민생용으로 실적을 쌓아 자동차용으로 채용을 확대할 방침이다.
LiB 부극재는 충전할 때 리튬을 축적하는 역할을 담당한다. 보다 많은 리튬을 축적하는 것이 가능하면 LiB의 에너지 밀도를 높일 수 있어 적용제품을 장시간 구동할 수 있게 한다.
탄소계 소재에 실리콘을 함유한 부극재를 생산하는 활동이 추진되고 있다.
그러나 실리콘계 부극재는 충전할 때 체적 변화가 크고 팽창과 수축을 반복하기 때문에 부극재가 열화하기 쉬운 문제점이 있어 실리콘 복합비율은 5-10%로 한정돼 있다.
한편, 금속 기판의 실리콘 활물질 이탈 문제를 해결하는데 중요한 역할을 하는 것이 결착제인 바인더이다.
현재 SBR(Styrene-Butadiene Rubber)이 주류를 이루고 있으나 Toray가 최근 세계 최초로 부극 바인더용 수용성 PI(Polyimide)를 개발했다.
고강도 특성을 지닌 PI를 활용해 실리콘 사용률을 50%까지 끌어올렸으며 열처리 등이 필요하지 않기 때문에 현재의 부극 형성 프로세스로 제조하는 것도 가능하다.
Toray는 샘플 출하를 실시하고 있으며 스마트폰 및 웨어러블(Wearable)용을 중심으로 2020년 10억엔 이상의 매출을 목표로 하고 있다.
LiB 생산기업들은 부극재에 실리콘 및 탄소 복합소재 사용을 본격화할 것으로 예상된다.
Hitachi Maxell은 최근 기존제품에 비해 에너지 밀도가 약 2배에 달하는 고용량화 기술「ULS-ON」을 개발했으며, 해당 기술을 활용해 제조한 소형 LiB의 샘플 출하를 2016년 봄 시작할 예정이다.
신규 LiB는 실리콘 탄소 복합소재의 실리콘 함유량을 대폭 향상시킴으로써 4.4-2.0볼트를 달성했으며 고전압에서 저전압까지 폭넓은 영역에서 충전 가능한 것이 특징이다.
Hitachi Maxell은 웨어러블제품에 대한 본격 채용을 추진한다.
웨어러블제품 전문기업은 소형‧박막화를 추진하고 있어 평면의 소형 LiB를 공급함으로써 수요처의 니즈에 대응하고 라미네이트 및 각진 형상에도 실리콘-탄소 복합재의 부극재를 적용해 나갈 방침이다.
자동차용 LiB를 주력 생산하는 GS YUASA도 차세대 LiB로서 실리콘계 부극재의 채용함으로써 전기자동차의 최대 과제인 항속거리를 개선하는 방안을 검토하고 있다.
또 정극재에 탄화철리튬(LFPO)를 활용해 LiB를 제조하는 타이완 Changhong은 전기버스 탑재를 목표로 2016년 안에 실리콘계 부극재를 활용한 신규 LiB의 양산화를 계획하고 있다. (L)