日 이데미츠·NGK, 벨기에 우미코어와 손잡고 전고체 배터리 소재 개발

일본의 석유기업인 이데미츠 코산(Idemitsu Kosan), 점화 플러그 및 세라믹 제조업체인 NGK 스파 플러그(NGK Spar Plug), 신슈 대학교(Shinshu University)와 도요하시 공과대학교(Toyohashi University of Technology)는 전고체 리튬배터리에 사용되는 재료를 개발한 것으로 알려졌다.

일본의 NHK와 닛칸 공업 신문에 따르면 일본 에너지 생산업체인 이데미츠는 벨기에의 소재 기술 개발 업체 우미코어(Umicore)와 협력하여 전고체 리튬 배터리에 사용할 고체 전해질 재료와 함께 고효율 음극을 개발했다.
이데미츠는 자체 석유화학 기술을 사용해 전고체 리튬 배터리의 황화물 고체 전해질을 만들기 위한 재료로 황화리튬을 생산하며 전해질에 관한 여러 특허를 보유하고 있다.

전고체 리튬 배터리의 고체 입자의 소형화는 이러한 전지의 성능과 직결되기 때문에 양극재와 고체 전해질을 융합하여 전지의 작동 효율을 높인다.
신슈대학교 섬유공학부는 일본에 기반을 둔 텐톡 페이퍼(Tentok Paper) 및 LG 재팬 랩(LG Japan Lab)과 협력해 리튬 배터리의 고체 전해질 지지체로 사용되는 나노섬유 및 부직포 소재를 개발하고 있다.

초박막 지지체의 특징은 높은 강도와 ​​내열성이며 이로 인해 고체전해질에서 발생하는 불충분한 강도와 낮은 열안정성의 문제를 해결한다. 이러한 지지체와 함께 전고체 전해질로 구성된 전고체 리튬 배터리는 전기 자동차에 사용되어 내구성 주행 거리를 늘릴 수 있다.

토요하시 대학은 고극성 용매분자를 통해 황화 리튬(Lithium sulfide, Li2S)을 안정적으로 풀어 화학 반응 시간을 원래 24시간에서 2분으로 단축함으로써 고체 전해질 제조비용과 시간을 줄일 수 있는 기술을 개발했다.

일본의 세라믹 점화플러그 제조사인 NGK는 항공우주장비, 전기자동차, 의료기기 및 관련 배터리 소재용 산화물 전고체 리튬 배터리를 개발해 2025년 상용화를 목표로 하고 있다.

현재 전고체 리튬전지의 연구개발은 주로 산화물 모델과 황화물 모델에 중점을 두고 있다. 황화물 전고체 리튬 배터리는 리튬 이온의 전도성이 더 우수하여 더 큰 전력 용량과 더 높은 전력 출력을 갖는 반면 산화물 모델은 독성 물질을 거의 생성하지 않고 더 안전하다.

NGK는 얇은 세라믹 시트를 적층하는 사내 기술을 사용하여 30-110mm의 크기, 0.5-10Wh의 전력용량, 300Wh/l(리터)의 체적 에너지 밀도 및 영하 30도~섭씨 105도의 넓은 작동 온도를 특징으로 하는 산화물 전고체 리튬 배터리를 만든다. 리튬 이온 배터리의 전도도가 다른 산화물 전고체 배터리 모델에 비해 가장 높지만 해당 에너지 밀도는 고품질 리튬 이온 배터리보다 낮다. 당분간 배터리는 전기차의 예비 전원으로 사용될 수 있다.


김세업 글로벌이코노믹 기자