Update2024.04.30 (화)
■GS, 박막 및 2차전지 선보여
한국깅버 중에서는 삼성SDI, LG화학, SK이노베이션 등 대표적인 리튬이온 2차전지 업체들의 모습이 보이지 않았다. 하지만 GS에서 GS칼텍스 와 GS Yuasa, 그리고 LS Mtron이 참여했다.
GS칼텍스는 박막전지를 선보였다. 두께가 0.1mm 이하의 박막전지는 양극·전해질·음극 등 모든 구성요소가 고체로 이루어진 고체전지로 반도체 제조 기술인 PVD, CVD 증착 기술을 이용하여 제조된다. 양극은 리튬금속산화물, 음극은 리튬, 전해질은 Li conducting Glassy inorganic 박막이 사용된다. 이 박막전지는 폭발의 위험이 없고, RF 무선충전, 접촉 및 에너지 하베스팅 방식으로 충전된다고 한다. 응용분야로 에너지 하베스팅 응용제품, 메모리백업용 전원소자, 스마트카드, 의료기기, RFID 등에 사용이 기대된다. 이 박막전지는 GS 칼텍스 자회사인 GS 나노텍에서 생산되고 있다.
GS Yuasa는 산업용 리튬이온 2차전지를 선보였는데 Hybrid Crane System, 하이브리드 기차, 철도용 전력저장장치, 부하평준화시스템, 전기차, 전기버스, 전기 선박, 자동운반기(Automatic Guided Vehicles), 태양광(PV) 발전소, PV-EV 시스템 등에 사용된다.
LS Mtron은 슈퍼 캐퍼시터를 선보였다. 생각하는 응용분야로는 하이브리드차(HEV), 연료전지차(FCEV), 하이브리드 하버 크레인, Hybrid Construction & Distribution Equipment, UPS, Locomotives, 태양광 발전소, 풍력 터빈 등이다.
IHI는 중공업 업체이다. 원자력발전소를 비롯해, 조선, 에너지 플랜트, 엔진, 토목, 건축 등 이 주요 사업인데 A123의 일본 영업을 담당하고 있다고 한다. A123의 배터리를 이용해 자동차 및 전력저장 장치를 개발하고 있다.
■2차전지 재료업체를 둘러보다
후루카와SKY, 니폰제박(日本製箔), 후루카와전기공업이 동박(Copper foil)과 알루미늄박(Aluminum foil)을 중심으로 선보였다.
리튬이온 2차전지 음극재(Cathode Electrode)로는 알루미늄박이 사용된다. 보통 15㎛(마이크로미터)로 IT용은 고객이 요구하는 기계적 특성을 지녀야 하며, 전기차용으로는 고강도이면서 고도전율을 갖추고 있어야 한다. 그리고 무엇보다도 이물질이 없어야 한다.
리튬이온 2차전지 양극재(Anode Electrode)로는 동박이 사용된다. 오직 압연(Rolling)법으로만 제조되는 알루미늄박과는 달리 동박은 압연법 외에 전해도금법으로도 만들 수 있다. 일본의 동박업체로는 니폰제박, 니꼬금속(日鑛金屬), 히타치전선, 미쓰이스미토모금속 등이 있는데 리튬이온 2차전지용 동박은 주로 니폰제박과 히타치전선에서 공급한다. 니꼬금속 등은 주로 FPC(연성회로기판)용으로 공급한다. 리튬이온 2차전지용으로는 후루카와가 전세계 시장점유율 약 40%를 가지고 있다고 한다. 동박의 두께는 20㎛, 10㎛, 8㎛ 등 여러 가지가 있는데 후루카와의 판매 제품 중 59%가 8㎛ 라고 한다. 전지용 동박은 양산 기술만 보유되면 얇을수록 유리하므로 동사는 7㎛ 동박 양산을 본격적으로 개시하였다.
또, 미세한 구멍이 뚫린 동박은 슈퍼 캐퍼시터(울트라 캐퍼시터)용으로 사용된다.
니폰제박에서는 음극재에 사용되는 알루미늄박도 선보였다. 좋은 양극용 알루미늄박은 양극재와의 밀착성이 좋아야 한다. 즉, 사용 중 두 물질 사이의 계면이 들뜨게 되면 문제가 발생한다. 또 내부 저항이 가능한 한 작아야 한다. 이는 리튬이온 2차 전지 또는 슈퍼 캐패시터의 High-rate 특성과 출력밀도와 관계가 있다.
동사는 고강도·고내열성 전해동박을 개발 중이라고 한다. 고온에서 열처리를 거쳐 고인장강도를 지니게 만든다고 한다. 이렇게 처리된 동박 제품은 고내열특성을 가지고 있으므로 Polyimid 바인더의 사용이 가능하다. 그리고 배터리의 충방전시에 변형을 방지하는 효과가 있다. 또한 이 동박 제품은 다양하게 표면의 거칠기 처리를 할 수 있다고 한다.
표면의 거칠기를 주게 되면 음극재가 호일(foil)에 단단히 부착되는 anchoring 효과를 줄 수 있다. 따라서 배터리의 방전용량을 상승시켜 줄 수 있을 것으로 보고 있다. 표면의 거칠기는 원하는 대로 다양하게 조절할 수 있다.
미쓰비시 머티리얼 그룹(Mitsubishi Material Group)에서는 2차전지용 알루미늄 합금 케이스를 선보였다. 고객의 요구에 다양하게 부응하여 알루미늄 합금을 디자인 할 수 있다고 한다. 프레스 성형성 및 레이저 용접성이 우수한 고강도 합금재를 만들 수 있다. 전기자동차 등에 사용되는 번들 단위의 배터리 케이스를 제작할 수 있다.
또 미쓰비시에서는 주석(Sn)계 음극재를 가지고 나왔다. 아직은 개발 중이나 고방전용량, 우수한 사이클 특성이 기대된다고 한다. 사이클 특성은 흑연재 음극재의 이론치를 훨씬 상회한다. 양산도 현재의 공정으로 가능하므로 개발이 완성되면 즉시 양산화도 가능하다. 구조제어기술로 미분화를 억제할 수 있으며, CNF(Carbon Nano fiber)를 입자에 코팅한 제품의 생산도 가능하다.
분리막 업체로는 Celgard가 나왔다. 아마도 전기자동차가 한창 인기이니 Celgard가 나온 것으로 보인다. 습식법 분리막 업체인 Asashi Kasei, Tonen 등은 볼 수 없었다.
금번 전시회에 2차전지 설비전도 함께 열렸는데 슈퍼 캐퍼시터용 홀(Hole)이 뚫려진 동박을 에칭이 아닌 펀칭으로 가공하는 설비를 선보인 업체도 있었다. 동양시스템은 펀칭으로 3㎛의 구멍을 뚫는 펀칭기를 선보였다.
■일본의 저력을 확인할 수 있었던 전시회
사실 전시회에서 소재 기업들은 곤욕스럽다. 산업의 정점에 있는 최종 상품(TV 등)이라면 보여 줄 것이 많다. 화려한 전시가 가능한데 반하여 소재는 액체 아니면 가루, 그나마 눈요기가 되는 형상을 가지고 있다면 다행이다. 양극재와 음극재는 제품이 분체이다. 눈으로 보기에는 다 그게 그걸로 보인다. 그래서 열심히 설명한 패널이 필요하다. TV 등 가전제품은 긴 설명이 필요치 않다. 보고, 느낄 수 있는 전시가 가능하다. 그래서 그럴까? 배터리의 4대 재료라고 하여도 양극재와 음극재는 거의 보이지 않았다. 전해액도 마찬가지다.
여느 전시회와 마찬가지로 배터리 관련 세미나가 매일 같이 계속되었다. 세미나는 오전과 오후로 나뉘어 동시에 2개 세션이 열려 하루에 모두 4개의 세션이 열렸다. 매 세미나는 약 60~120명 정도 참석하고 있었다. 내가 아직 모르고 있는 5%를 가져가기 위하여 부지런히 움직이는 일본 사람들을 보면서 저들의 열정과 겸손은 아직 배울 것이 많다고 느꼈다.
