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전고체 배터리: 차세대 배터리 경로

12월 29, 2021

By hoppt

전고체 배터리

전고체 배터리: 차세대 배터리 경로

14일 코리아타임즈 등 언론 보도에 따르면 삼성전자는 현대차와 협력해 전기차 개발과 현대차 전기차용 파워 배터리 등 커넥티드카 부품을 공급할 계획이다. 언론은 삼성과 현대가 곧 배터리 공급에 관한 구속력 없는 양해각서를 체결할 것으로 내다봤다. 삼성전자가 현대차에 최신 전고체 배터리를 도입한 것으로 알려졌다.

삼성전자에 따르면 시제품 배터리를 완전히 충전하면 전기차가 한 번에 800km 이상을 주행할 수 있으며 배터리 수명은 1,000배 이상이다. 동일한 용량의 리튬 이온 배터리보다 부피가 50% 작습니다. 이러한 이유로 전고체 배터리는 향후 XNUMX년 동안 전기 자동차에 가장 적합한 전원 배터리로 간주됩니다.

2020년 XNUMX월 초, 삼성종합연구소(SAIT)와 삼성전자 일본연구소(SRJ)는 '네이처 에너지' 매거진에 '은으로 구현한 고에너지 장기 사이클 전고체 리튬 금속 배터리'를 게재했습니다. -탄소 복합 양극"은 전고체 배터리 분야의 최신 개발을 소개했습니다.

이 배터리는 고온에서 가연성이 아니며 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하여 펑크 단락을 방지할 수 있는 고체 전해질을 사용합니다. 또한 은-탄소(Ag-C) 복합층을 양극으로 사용하여 에너지 밀도를 900Wh/L까지 높일 수 있고, 1000cycle 이상의 긴 사이클 수명과 매우 높은 쿨롱 효율(충전 및 방전 효율) 99.8%. 한 번의 결제로 배터리를 구동할 수 있습니다. 차는 800km를 주행했습니다.

그러나 논문을 발표한 SAIT와 SRJ는 기술 중심의 삼성SDI가 아닌 과학 연구기관이다. 이 기사에서는 새 배터리의 원리, 구조 및 성능만 설명합니다. 배터리는 아직 연구실 단계에 있어 단기간에 양산하기 어려울 것으로 잠정 판단된다.

고체 배터리와 기존 액체 리튬 이온 배터리의 차이점은 전해질과 분리막 대신 고체 전해질을 사용한다는 점입니다. 리튬이 삽입된 흑연 양극을 사용할 필요는 없습니다. 대신 금속 리튬을 양극으로 사용하여 음극 재료의 수를 줄입니다. 더 높은 본체 에너지 밀도(>350Wh/kg) 및 더 긴 수명(>5000 주기)과 특수 기능(예: 유연성) 및 기타 요구 사항을 갖춘 전원 배터리입니다.

새로운 시스템 배터리에는 전고체 배터리, 리튬 흐름 배터리 및 금속 공기 배터리가 포함됩니다. XNUMX개의 전고체 배터리에는 장단점이 있습니다. 고분자 전해질은 유기 전해질이고 산화물과 황화물은 무기 세라믹 전해질입니다.

글로벌 전고체 배터리 기업을 보면 스타트업도 있고 해외 제조사도 있다. 두 회사는 서로 다른 신념을 가진 전해질 시스템에서 혼자이며 기술 흐름이나 통합 경향이 없습니다. 현재 일부 기술 루트는 산업화 조건에 가깝고 전고체 전지의 자동화로 가는 길을 진행 중입니다.

유럽 ​​및 미국 회사는 폴리머 및 산화물 시스템을 선호합니다. 프랑스 기업인 볼로레(Bolloré)는 폴리머 기반의 전고체 배터리 상용화에 앞장섰다. 2011년 30월에는 XNUMXkwh의 전고체 폴리머 배터리 + 전기 이중층 커패시터로 구동되는 전기 자동차가 세계 최초로 공유 자동차 시장에 진출했습니다. 전기차용 상용 전고체 배터리.

박막 산화물 전고체 전지 제조사인 삭티3는 2015년 영국 가전 대기업 다이슨에 인수됐다. 오랫동안 생산 제품.

맥스웰의 전고체전지 계획은 소형전지 시장에 먼저 진입해 2020년 양산, 2022년 에너지저장 분야에 활용하는 것이다. 단기간에 고체 배터리. 그러나 반고체 전지는 가격이 더 비싸고 특정 수요 분야에서 주로 사용되기 때문에 대규모 적용이 어렵다.

비박막 산화물 제품은 전반적인 성능이 우수하며 현재 개발 중에 있습니다. 대만 Huineng과 Jiangsu Qingdao는 모두 이 트랙에서 잘 알려진 선수입니다.

일본과 한국 기업은 황화물 시스템의 산업화 문제를 해결하기 위해 더 많은 노력을 기울이고 있습니다. 도요타, 삼성 등 대표적인 기업들이 전개에 속도를 내고 있다. 황화물 고체 전지(리튬-황 전지)는 높은 에너지 밀도와 저렴한 비용으로 인해 엄청난 개발 잠재력을 가지고 있습니다. 그 중 도요타의 기술이 가장 앞선다. 암페어 수준의 데모 배터리와 전기 화학적 성능을 출시했습니다. 동시에 상온 전도도가 높은 LGPS를 전해질로 사용하여 더 큰 배터리 팩을 준비했습니다.

일본은 전국적인 연구 개발 프로그램을 시작했습니다. 가장 유망한 동맹은 Toyota와 Panasonic입니다(Toyota는 고체 배터리 개발에 관련된 거의 300명의 엔지니어를 보유하고 있습니다). XNUMX년 이내에 전고체 배터리를 상용화할 것이라고 밝혔습니다.

도요타와 NEDO가 개발한 전고체전지 상용화 계획은 기존 LIB의 낙관적이며 유해물질을 활용한 전고체전지(2022세대 전지) 개발부터 시작된다. 이후 새로운 양극재와 음극재를 사용해 에너지 밀도를 높일 예정이다(차세대 배터리). Toyota는 2025년에 고체 전기 자동차의 프로토타입을 생산할 것으로 예상되며 2030년에는 일부 모델에 고체 배터리를 사용할 예정입니다. 500년에는 에너지 밀도가 XNUMXWh/kg에 도달하여 대량 생산 애플리케이션을 달성할 수 있습니다.

특허 관점에서 보면 리튬이차전지 상위 20개 출원 중 일본 기업이 11건을 차지했으며, 도요타가 1,709건으로 2.2위인 파나소닉(Panasonic)의 10배를 출원했다. 상위 8개 기업은 모두 일본과 한국 기업으로 일본은 2개, 한국은 XNUMX개입니다.

특허권자의 글로벌 특허 레이아웃 관점에서 보면 일본, 미국, 중국, 한국, 유럽이 핵심 국가 또는 지역입니다. 토요타는 현지 출원 외에도 미국과 중국에서 가장 많은 출원을 하고 있으며 전체 특허 출원의 각각 14.7%와 12.9%를 차지한다.

우리나라의 전고체전지 산업화도 끊임없이 연구되고 있습니다. 중국의 기술 루트 계획에 따르면 2020년에는 고체 전해질, 고비 에너지 양극 재료 합성 및 300차원 골격 구조 리튬 합금 건설 기술을 점진적으로 실현할 것입니다. 2025Wh/kg의 소용량 단일 배터리 샘플 제조를 인식합니다. 400년에 전고체 배터리 인터페이스 제어 기술은 2030Wh/kg 대용량 단일 배터리 샘플 및 그룹 기술을 실현합니다. XNUMX년에는 전고체전지와 리튬황전지의 양산 및 보급이 가능할 것으로 기대된다.

CATL의 IPO 모금 프로젝트의 차세대 배터리에는 전고체 배터리가 포함됩니다. NE Times 보고서에 따르면 CATL은 적어도 2025년까지 전고체 배터리의 대량 생산을 달성할 것으로 예상합니다.

전체적으로 폴리머 시스템 기술이 가장 성숙했고 최초의 EV급 제품이 탄생했다. 그것의 개념적이고 미래 지향적인 성격은 후발자들에 의한 연구 및 개발에 대한 투자의 가속화를 촉발시켰지만, 성능의 상한은 성장을 제한하고, 무기 고체 전해질과의 합성이 미래에 가능한 해결책이 될 것입니다. 산화; 재료 시스템에서 박막 유형의 개발은 용량 확장 및 대규모 생산에 중점을두고 있으며 비 필름 유형의 전반적인 성능이 더 우수하여 현재 연구 개발의 초점입니다. 황화물 시스템은 전기 자동차 분야에서 가장 유망한 전고체 배터리 시스템이지만 성장의 여지가 많고 기술이 미숙한 양극화 상황에서 보안 문제와 인터페이스 문제를 해결하는 것이 미래의 초점입니다.

솔리드 스테이트 배터리가 직면한 문제는 주로 다음과 같습니다.

  • 비용 절감.
  • 고체 전해질의 안전성 향상.
  • 충방전 시 전극과 전해질의 접촉을 유지합니다.

리튬-황 배터리, 리튬-공기 및 기타 시스템은 전체 배터리 구조 프레임을 교체해야 하며 점점 더 심각한 문제가 있습니다. 전고체 전지의 양극 및 음극은 현재 시스템을 계속 사용할 수 있으며 구현의 어려움은 상대적으로 작습니다. 전고체 배터리는 차세대 배터리 기술로 안전성과 에너지 밀도가 높아 포스트 리튬 시대의 유일한 길이 될 것입니다.

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