[확대경] 日, 리튬이온전지 고성능화 박차

반도체 액정과 함께 멀티미디어를 받쳐주는 「神器 3종」으로 표현되는 소형 2차전지. 이중 가장 잘 나가는 제품은 단연 리튬이온2차전지이다. 지난 91년 일본 소니社가 세계 최초로 양산에 나선 이래 지금까지 10개사 이상이참여, 각축을 벌이고 있는 리튬이온2차전지시장은 이제 전국시대를 방불케하고 있다.

이런 가운데 최근들어서 노트북PC및 휴대전화의 고성능화가 급진전되면서에너지밀도를 한층 높인 리튬이온전지를 요구하는 소리가 높아지고 있다. 이에 따라 제조업체들도 리튬이온전지의 고성능화에 주력하고 있으며 개발의초점은 특히 고에너지화의 열쇠가 되는 전극재에 모아지고 있다.

리튬이온전지의 성능을 좌우하는 것은 두말할 것도없이 양극과 음극의 전극재.

음극 전극재와 관련,가장 주목되는 것은 올 초 시장참여를 선언한 후지사진필름이 개발한 것. 내년 초 본격 생산을 예정으로 후지필름이 개발한 것은음극재로는 처음으로 주석산화물을 주성분으로 한 아몰퍼스화합물이다.

현재 양산되고 있는 리튬이온전지의 음극재로는 흑연, 코크스등 모두 탄소(카본)계열의 재료가 사용되고 있다.

카본계열의 경우 리튬을 이온 상태에서 전극에 집어넣을 수 있는 비율이카본 6에 리튬 1이다. 이에 대해 후지필름 제품은 주석 1에 리튬 4의 비율이다. 이는 주석이 탄소에 비해 이론적으로 무게로 2배, 부피로는 4배 많은 吸藏(기체가 고체에 흡수돼 고체의 내부에 들어가는 현상)力을 지닌 소재임을말해주는 것이다.

또 후지필름은 이 주석산화물를 비결정의 아몰퍼스로 만들어 충방전을 반복해도 안정된 사이클수명을 확보할 수 있도록 했다.

결과적으로 주석화합물을 채용한 후지필름의 리튬이온전지는 1리터당 에너지밀도가 3백80Wh로 탄소계 리튬이온전지의 약 1.4배로 높다고 이 회사 관계자는 말한다.

한편 양극 전극재에서도 새로운 물질을 채용하는 움직임이 일고 있다. 대표적인 업체는 NEC가 출자하고 있는 일본모리에너지.

이 회사는 양극재로 다른 양산업체들이 채용하고 있는 코발트酸리튬을 대신해 망간酸리튬을 사용한 리튬이온전지를 지난 7월부터 본격 생산하기 시작했다.

망간의 최대 매력은 희소자원인 코발트에 비해 원재료비를 약 10분의 1수준으로 낮출 수 있다는 점이다.

또 전지의 안전성을 더욱 높이는 장점도 겸비하고 있다.

사실 충방전을 반복하는 2차전지에서 안전성 문제는 아킬레스건으로 통한다.

특히 충전이 최고점에 있을 경우 전지내부의 에너지용량이 크게 되는데 양극에서는 충방전시 이온이 빠져나오기 때문에 결정구조가 깨지기 쉽다. 과충전시는 발열이나 발화도 우려된다.

이 때문에 업체들은 전지내부에 보호회로를 부착하는데 망간산리튬은 스피넬구조라는 안정된 결정구조로 돼 있어 과충전시에도 높은 안전성을 확보할수 있는 것으로 평가된다.

멀티미디어단말기및 휴대단말기의 보급확산과 함께 리튬이온전지의 중요성은 날로 커져 가고 있다. 이에 편승한 전지의 개발경쟁은 아직은 고에너지화쪽으로 편중,진행되고 있는게 사실이다. 그러나 이것 못지않게 안전성과 저가화도 중요한 것으로 지적된다.

앞으로 각 업체의 개발경쟁이 높은 에너지, 높은 안전성, 낮은 단가 3자를동시에 실현하는 방향으로 진화될 지 주목된다.

<신기성 기자>