2차전지(LiB전지)의 부재개발동향

차세대 LiB용 Separator 개발동향
기사입력 2011.06.15 11:27
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동사는 전 교토대학 에너지과학연구소, 현 도시샤 대학이공학부교수의 이토(伊藤靖彦)씨가 중심이 되어서 2006년 4월에 설립한 벤처기업 도시샤(同志社)대학의 인슐레이션시설 「D-Egg」에 연구소를 갖추고, 용융염(溶融鹽)전기화학 프로세스를 핵심기술로 한 신소재의 연구, 개발을 하고 있다.

용융염이라는 것은 염이나 산화물의 이온결정의 고체를 고온에 가열하여 융해한 이온성 액체이고, 그 응용분야는 환경, 에너지, 자원, 나노기술 등의 광범위하게 걸쳐있다. 동사는 창설 이래 일관하여 흑자경영을 지속하고 있고, 현재의 주력분야로서는 매상의 약 40%를 점하는 “탄소도금”막 전해형성분야, 동 25%의 나노입자 제조분야가 있다.

탄소도금(Plating)막 전해형성은 전해욕(浴)으로 용융염을 만드는 것으로서 탄소를 전기화학적으로 도금을 할 수 있는 기술이다. 이 기술을 사용하여 진행할 수 있는 것이 연료전지의 세퍼레이터(Separator)의 탄소도금이다.

현재 세퍼레이터의 재료로서는 카본이나 금속(주로 스테인리스)가 사용되고 있다. 카본은 세퍼레이터에 필요한 내식성이나 도전성이 우월하지만, 가공비용이 높고 강도를 만들기 위해서는 일정 이상의 두께를 필요로 한다.

한편으로 금속은 가공비용이 싸고 박형화가 용이하나 내식성을 보호하는 산화피막 때문에 셀 내부저항이 증대된다는 문제점이 있다. 여기에서 동사는 금속기재의 표면에 용융염기술을 사용한 탄소막을 피복하였다. 이것에 의해서 내식성이나 도전성이 우월, 보다 얇은 세퍼레이터의 개발에 성공하였다.

현재, 협력회사와 1~2년 후의 제품화를 위해서 개발속도를 높이고 있다. 또한 리튬이온전지(LiB)의 정극집전체나 부극집전체의 표면에도 동일한 탄소도금을 시행하는 것으로서 전극활물질과의 사이의 접촉저항을 저감시켜 내식성을 부여하는데 성공하였다. LiB의 High Rate화를 실현하고 있다.

나노입자(粒子) 제조분야에 관해서는 주로 콘덴서 등에 사용, 탄탈미자를 제조하고 있다. 현재, 탄탈나노미자의 제조방법은 금속나토리윰-열환원법이 주류이지만, 이 제품은 고순도로 “1차 미자경 100㎚”를 초과하는 것 같은 미세화에는 한계가 있다고 한다.

여기에서 동사는 용융염 및 독자의 “플라즈마 유기전해”를 사용하고 있다. 더해서 Batch방식이 아니고 회전하는 원반상의 용융염을 공급하면서 전해를 하는 제조방법을 사용하는 것으로서 실험단계에 있지만, 평균 2차 미자경 30㎚의 나노미자의 형성을 확인, 미도분포폭 25㎚ 이하의 균일한 나노미자의 형성에 성공하고 있다.

또한 이 방법은 금속폐재를 약극에 사용하여 고순도 나노미자로도 변경하는 것이 가능하여서 리사이클 프로세스로의 적용이 용이하다는 이점을 갖고 있다.

기타에서도 용융염을 전해질로 단극용량밀도 400F/g를 초과하는 “고성능다공질카본”막을 전극에 사용한 차세대의 Capacitor의 개발이나 반도체 제조장치의 불소계 수지의 대체재로로서의 응용 또는 열전지 대체로서의 응용, 또는 열전지 대체로서 기대되는 열기동형(熱起動型) 용융염 Capacitor의 개발 등의 연구는 다양한 분야에 걸치고 있어서 “용융염의 가능성은 무한하다”고 장래의 전망을 말하고 있다(이토 교수).

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