[확대경] 日후지필름, 고밀도 리튬이온 2차전지 개발

리튬이온 2차전지에 새로운 품종이 등장했다. 일본 후지사진필름이 시장진출 선포와 함께 발표한 독자개발 제품이 그것이다.

지금까지 리튬이온 2차전치에는 3개종이 있었다. 첫째는 양극이 ₂이고 음극에 코크스계 탄소재료를 사용하는 전지.

두번째는 양극은 같고 음극에 그라파이트계 탄소재료를 사용하는 전지. 세번째는 양극에 ₂₄를 사용하고 음극에는 그라파이트계 탄소재료를 사용하는전지이다.

네번째에 해당하는 후지필름의 리튬이온 2차전지는 이라는 금속의 산화물을 아모퍼스狀으로 합성한 재료를 음극에 채용했다. 양극은 ₂이다. ₄나 ₄를 채용한 전지도 병행해 연구하고 있으나 어떤 양극으로 제품화할지는 결정하지 않은 상태이다.

이들 4종류의 리튬이온전지에는 물론 각각의 특징이 있다. 후지필름이 개발한 제품은 에너지밀도가 높다는 게 최대 특징이자 장점이다. 음극재료에집어넣을 수 있는 전류용량이 3천2백Ah/(리터)로 탄소재료보다 약 4배 높기때문이다. 현재 시장에서 구입할 수 있는 리튬이온 2차전지에 비해 체적에너지밀도는 약 1.4배인 3천8백Wh/, 중량에너지밀도는 약 1.2배인 1백35Wh/이다.

그러나 리튬이온 2차전지는 양극과 음극의 재료가 달라지면 완전히 다른특성의 전지가 돼버린다. 따라서 이미 리튬이온 2차전지를 사용하고 있는 전자기기업체가 후지사진필름이 개발한 리튬이온 2차전지를 새 전원으로 사용하게 될 경우는 충전기나 DC/DC컨버터 등의 주변회로 설계를 변경해야 한다.

설계를 변경하는 노고보다 에너지밀도가 높다는 점이 더 매력적일 때 의미를갖게 되는 것이다.

후지필름이 개발한 리튬이온 2차전지의 방전특성은 음극재료에 코크스계탄소재료를 사용하는 리튬이온 2차전지에 가깝다. 다시 말해 방전이 진행됨에 따라 단자전압이 뚝뚝 떨어지는 특성이다.

방전음극특성도 코크스계 탄소재료를 사용한 리튬이온 2차전지에 가깝다.

예를 들면 직경 17, 높이 67의 전지셀에서는 약 0.5C(쿨롱) 방전시에는 1천5백50mAh를 얻을 수 있다. 이것이 약 1C방전이 되면 약 1천3백mAh, 약 2C방전이 되면 약 1천mAh밖에 얻을 수 없다.

노트북PC에 사용할 경우에는 방전시의 온도특성이 중요해진다. 특히 온도특성은 펜티엄프로세서의 채용에 의한 발열량의 증대 등으로 중요성이 높아지고 있다.

후지필름의 리튬이온 2차전지는 동작온도가 25도 때와 40도때 얻을 수 있는 에너지량이 거의 같다는 양호한 고온특성을 실현했다.

충전은 종래의 리튬이온 2차전지와 같이 定전류定전압방식을 사용한다. 최대충전전압은 +4.1V이다. 그러나 定충전에서 충전하는 시간을 길게 할 수 있다는 종래의 리튬이온 2차전지에는 없는 특성이 있다.

이와 관련, 후지필름의 한 관계자는 『종래의 리튬이온 2차전지에서는 定전류충전시간은 0.5시간 정도가 일반적이나 당사 제품은 1시간 정도로 설정할 수 있기 때문에 급속충전이 가능해진다』고 설명한다.

에너지밀도가 높아지는 것은 곧 위험도가 높아지는 것을 의미한다. 안전성확보가 중요한 과제인 것이다. 후지필름에서는 『탄소재료를 사용한 종래의리튬이온 2차전지와 동등한 안전성을 확보했다』고 자신감을 나타낸다. 전지셀에 설치하는 안전회로는 종래의 리튬이온 2차전지와 같다. 그러나 전지팩에 내장하는 안전회로에는 과충전보호회로나 短絡(合線)보호회로 이외에 새롭게 또 다른 기능을 추가했다.

이 기능은 특허출원중이기 때문에 상세한 내용은 밝혀지지 않고 있다.

후지필름이 개발한 전지의 안전성을 뒷받침할 만한 증거는 또 하나 있다.

평균동작전압이 3.4V로 낮다는 점이다. 종래 리튬이온 2차전지는 3.6V 또는3.7V였다.

평균동작전압은 리튬의 산화환원전압에 의해서 결정된다. 이 전압이 높으면 금속에 가까워지고 낮으면 이온성이 높아진다. 즉 후지필름의 리튬이온 2차전지는 이온성이 높기 때문에 안전성을 확보하기 쉽다.

제조비용은 종래의 리튬이온 2차전지와 비슷하다. 음극재료인 의 아모퍼스화합물 경비는 탄소재료보다 높지만 제조공정이 간단하기 때문에 결과적으로비용은 같아진다.

남은 문제는 안정된 양산기술의 확보이다. 시제품 제작라인에서 제조한 전지의 에너지용량이나 방전특성 등에 아직 편차가 있다. 이 때문에 직렬접속이나 병렬접속을 했을 때 안전성 확인이 어렵다.

<신기성 기자>