배터리 산업뉴스_2023년 36주

원자재

■ 디지털 토양 매핑으로 호주의 숨겨진 리튬 매장지역 확인

 

배터리 소재

■ 고온에서 안정한 3DOM Alliance Group의 X-sepa 세퍼레이터

■ Echion, Volta Energy로부터 투자 확보

 

배터리 제조

■ SK온, 높은 이온 전도도를 가진 새로운 산화물 고체 전해질 개발

■ CATL, 독일, 헝가리에서 고속 충전 Shenxing 배터리 생산 예정

■ Accelera, Daimler, PACCAR EVE energy와 미국 내 LFP배터리 합작 회사 설립

■ DRäXLMAIER, 라이프치히에 배터리 공장 설립

■ Enervenue, ESS용 Ni-MH배터리의 차세대 저장용기 발표

■ REPT BATTERO(瑞浦兰钧), 유럽 지사 개설로 글로벌 진출 확대

 

자동차 OEM

■ SCANIA 배터리 시스템 조립 공장 가동

■ Rimac Technology와 Eve Energy, 유럽 배터리 생산 협력 발표

 

재활용

■ 닛산, 구형 Leaf EV 배터리 재사용하여 휴대용 전원으로 재활용

■ Princeton NuEnergy, 플라즈마 이용한 폐배터리 재활용기술

■ Fortum Battery Recycling, 기계 처리 능력 확장 위해 450만 유로의 보조금 확보

■ Ascend Elements 배터리 재활용 공장건설 위한 투자 확보

■ Volytica Diagnostic, ESS용 배터리 분석기술 개발

 

 

원자재

■ 디지털 토양 매핑으로 호주의 숨겨진 리튬 매장지역 확인

Geoscience Australia와 시드니 대학교는 호주 전역에서 수집된 토양샘플에 존재하는 추출 가능한 리튬함량을 측정하기 위해 디지털 토양 매핑 기술을 사용했습니다. 매핑 결과 서호주의 매리언 산 근처에서 리튬 농도가 가장 높은 것으로 나타났으며 동부 지역인 퀸즐랜드 중서부지역과 뉴사우스웨일스 남부 및 빅토리아 일부 지역에서도 리튬 농도가 높은 것으로 확인되었습니다.

지금까지 호주의 리튬광산을 개발하는 노력은 주로 서호주에 집중되어 있었지만 이 연구를 통해 다른 호주 지역에서도 리튬 자원 개발의 가능하다는 것을 확인할 수 있었고 이는 앞으로 호주의 리튬 산업에 새로운 가능성을 열어줄 것으로 보입니다.

 

배터리 소재

■ 고온에서 안정한 3DOM의 X-sepa 세퍼레이터

일본 도쿄에 본사를 둔 3DOM Alliance Group은 8년 동안 분리막에 대한 연구개발 끝에 다공성 폴리이미드 세퍼레이터인 X-sepa 개발에 성공했습니다. 현재 10개 이상의 회사에 샘플을 보내어 평가를 진행 중이며 올 연말까지는 X-sepa의 생산량을 늘릴 계획입니다.

폴리이미드로 만든 X-sapa는 기공이 3차원 공간 안에 균일하게 분포되어 있어 기존의 PE나 PP세퍼레이터보다 2배 정도의 기공률을 가지고 있습니다. 일반적으로 다공성을 높여 기공률을 높이면 기계적 강도가 약해지는데 이를 해결하기 위해 X-sapa는 바깥층에는 기공도를 높이고 균일하게 분포하도록 하고 안쪽은 기공도는 낮지만 기계적 강도를 높이도록 하는 3층구조로 구성되어 있습니다.

폴리이미드를 사용하므로 내열성이 높아 내부단락이 일어나더라도 분리막이 녹지 않아 열폭주를 막아줍니다. 또한 높은 기공률로 충방전 배율 성능이 뛰어납니다.

3DOM Alliance group은 X-sapa와 더불어 고온내성이 있는 전해질도 함께 개발하여 성능테스트를 진행 중입니다.

일반적으로 리튬이온 배터리는 60도에서 사용하기 어렵고 60도에서 사용하는 경우 수명이 급격하게 단축되게 됩니다.

3DOM Alliance group은 이 문제를 극복하기 위해 비등점이 높은 내열성능이 강화된 전해질을 개발하였는데 이 전해질은 점도가 높아 일반 PE나 PP세퍼레이터에 사용 시 성능이 제대로 나오지 않습니다. 그러나 다공성 구조를 가지고 전해질에 대한 함침성이 좋은 X-sapa와 적용했을 때 최적의 성능을 낼 수 있습니다.

60도 수명테스트 비교

위 그림은 X-sapa와 내열성능이 강화된 전해질로 제작한 배터리와 PP세퍼레이터와 일반 전해질로 60도에서 수명테스트를 진행한 결과입니다. PP세퍼레이터와 일반 전해질에 비해 X-sapa와 내열성능이 강화된 전해질을 사용한 경우 5배 정도 수명이 향상됩니다.

3DOM Alliance group은 이 연구의 세부사항을 2023년 9월 11, 12일에 규슈대학교에서 개최되는 일본 전기화학학회 2023년 추계대회에서 발표할 예정입니다. 

■ Echion, Volta Energy로부터 투자 확보

니오븀 (Niobium) 기반의 음극재료인 XNO를 개발하는 Echion은 Volta Energy로부터 투자금을 확보했습니다. 이번 투자를 통해 Echion은 북미, 한국, 중국, 및 더 넓은 아시아 태평양지역에서 증가하는 고객 수요를 충족할 수 있게 될 것입니다.

산화 니오븀을 혼합하여 제조하는 XNO는 습기에 안정한 미세입자로 배터리 제조 시 취급하기가 용이하며 기존의 리튬이온 배터리 재료들과 잘 호환됩니다.

XNO와 LNMO의 전압 프로파일(좌)와 충방전 배율 특성

XNO는 높은 안전성과 고속 충방전, 높은 수명을 달성할 수 있고 LTO보다 에너지밀도룰 2배까지 향상할 수 있습니다. 그러나 LTO와 마찬가지로 높은 산화환원 전위로 인해 기존의 흑연음극이나 실리콘 음극보다는 에너지 밀도가 낮아 전기자동차 용보다는 상용 트럭이나 ESS용으로 사용하기에 적합합니다.

Echion은 세계 최대 니오븀 채굴업체인 CBMM과 파트너십을 맺고 있으며 이번 Volta의 투자로 2024년까지 연간 2,000톤의 XNO를 공급할 수 있게 될 것입니다.  

  

배터리 제조

■ SK온, 높은 이온 전도도를 가진 새로운 산화물고체전해질 개발

한국의 배터리 제조업체인 SK On은 높은 이온 전도성을 가진 새로운 산화물 기반 고체전해질 공동개발에 성공했다고 밝혔습니다.

SK온은 단국대 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 공동 개발한 산화물 기반 고체 전해질 관련 연구 결과를 세계적 학술지 “Advanced Functional Materials” 표지논문으로 게재했고 국내외 특허 출원절차를 완료했다고 밝혔습니다.

공동연구팀은 산화물계 고체 전해질 소재인 LLZO(Li-La-Zr-O)에 첨가물질을 조절해 기존보다 70% 향상된 1.7mS/cm 리튬이온 전도도를 갖는 산화물 고체 전해질을 개발했습니다. 또 리튬이온전도도가 높아지면 공기 중 수분(H₂O)과 이산화탄소(CO₂)에 취약해 장시간 대기에 노출되면 전해질로써의 기능이 떨어지지만 공동연구팀은 이를 LLZO의 미세구조를 균일하게 제어하는 기술로 극복해 이번에 개발한 고체전해질은 공기 중에서도 매우 우수한 안정성을 보입니다.

SK On은 이번에 개발한 산화물 고체전해질을 자사가 개발 중인 고분자-산화물 복합 전고체 배터리에도 적용하는 것도 고려하고 있습니다.

SK On은 현재 고분자-산화물 복합 전고체 전지와 미국 Solid Power와 함께 황화물계 전고체 배터리도 개발하고 있으며 대전 배터리 연구원에 차세대 배터리 파일럿 플랜트를 2025년 완공할 예정입니다. SK On은두 종류의 전고체 전지 모두 2026년 시제품을 생산하고 2028년 상용화하는 것을 목표로 하고 있습니다. 

■ CATL, 독일, 헝가리에서 고속 충전 Shenxing 배터리 생산 예정

CATL은 독일 뮌헨에서 열리고 있는 IAA 뮌헨 자동차 쇼에서 4C 초고속 충전 배터리인 Shenxing (神行)을 중국과 함께 독일 및 헝가리 공장에서 생산할 예정이라고 밝혔습니다.

CATL은 유럽 내 두 개의 배터리 공장이 있는데 독일 중부 튀링겐주에 있는 배터리 공장은 이미 가동 중이며 헝가리 데브레첸에 있는 배터리 공장은 유럽 최대 규모로 2,3년 내 생산개시를 목표로 건설 중에 있습니다.

지난 8월에 공개한 Shenxing (神行) 배터리는 LFP배터리로 10분 안에 용량의 80%까지 충전할 수 있습니다. 이 배터리는 중국에서는 2023년 말부터 양산되며 2024년부터 차량에 탑재될 예정입니다. CATL은 이 배터리에 대한 유럽 자동차 고객과의 구매 계약은 아직 확정되지 않았다고 밝혔으며 독일과 유럽 공장에서 언제 생산할지에 대한 일정은 밝히지 않았습니다. 

■ Accelera, Daimler Truck 및 PACCAR EVE 에너지와 미국 내 LFP배터리 생산 합작 회사 설립

미국의 엔진 제조회사인 Cummins의 자회사인 Accelera는 상용트럭 제조사인 Daimler, PACCAR와 중국의 배터리 제조사 EVE energy와 합작하여 미국 내 LFP배터리생산을 위한 합작회사를 설립합니다.

이 합작회사는 미국 내 배터리 셀 생산과 배터리 공급망을 가속화하기 위한 것으로 총 20~30억 달러를 투자하여 연간 21 GWh의 상용 전기 트럭용 LFP배터리를 생산할 것으로 예상됩니다. 이 공장은 미국 인디애나주 Accelera, Damiler, PACCAR이 30%씩 투자하고 EVE energy가 10% 투자하게 됩니다.

EVE energy는 기술파트너로서 LFP배터리의 설계 및 공정 노하우를 제공할 것입니다.  

 ■ DRäXLMAIER, 라이프치히에 배터리 공장 설립

독일에 본사를 둔 Dräxlmaier는 전 세계 고급 자동차 회사들에 배선 시스템, 전기전자 부품, 자동차용 인테리어 등을 공급하는 회사입니다. 전기차 시대를 맞아 Dräxlmaier는 800V 배터리 시스템을 생산하는 새로운 공장을 라이프치히에 건립했습니다.

Dräxlmaier는 2009년에 배터리 시스템 사업분야를 시작했고 현재도 라이프치히에 있는 첫 번째 공장에서 고전압 배터리 시스템을 양산하고 있습니다.

이제 새로운 공장은 4차 산업혁명 (Industry 4.0)을 구현하는 공장으로 고도로 자동화된 생산시설 덕분에 최고 품질의 800V배터리 시스템을 생산해 낼 수 있다고 밝혔습니다.  

■ REPT BATTERO(瑞浦兰钧), 유럽 지사 개설로 글로벌 진출 확대

TSINGSHAN Industry의 투자로 2017년 설립된 REPT BATTERO (瑞浦兰钧)는 현재 ESS용 배터리 분야에서 3위를 차지하고 있습니다. 이 회사는 독일 뮌헨에서 첫 유럽지점을 공식 출범하면서 향후 유럽의 ESS뿐 아니라 자동차, 해양선박, 건설용 차량 및 기계등에 자사의 배터리를 공급하기 위한 초석을 마련했습니다.

REPT BATTERO의 유럽지사는 향후 자사 제품의 유럽 판매, 생산 및 기술개발을 위한 중심이 될 것입니다.

2022년 기준으로 REPT BATTERO는 전 세계 배터리 마켓셰어 10위안에 들었고 ESS만으로는 3위였습니다. REPT BATTERO는 2025년까지 배터리 생산량을 총 150 GWh이상으로 늘릴 계획입니다.  

■ Enervenue, ESS용 Ni-MH배터리의 차세대 저장용기 발표

차세대 에너지 저장용기 (좌), 차세대 저장용기를 장착한 ESS (우)

미국 캘리포니아주 프리몬트에 위치한 Enervenue는 세계최초로 ESS에 Ni-MH를 도입한 회사로 이번에 차세대 에너지 저장용기를 출시한다고 발표했습니다.

이번에 공개된 차세대 에너지 저장용기는 이전 버전보다 150% 더 많은 에너지 저장용량을 제공하고 재료의 효율성을 향상시켜 에너지 밀도를 100%증가시켰습니다. 파워성능 역시 이전 버전보다 150%향상시켰고 온도, 압력 전압을 모니터링하여 보다 상세하고 정확하게 용기의 상태와 충전상태를 확인할 수 있습니다.

리튬이온 배터리보다는 에너지 밀도가 많이 낮지만 하루 최대 3회 연속으로 사용할 때 3만 회, 즉 30년 사용 시 잔존용량은 86%로 긴 수명을 가지고 있습니다. 또한 리튬이온 배터리와 같은 열폭주의 위험이 없기 때문에 복잡하고 비용이 많이 드는 화재 진압 설비나 HVAC(Heating, Ventilation, and Air Conditioning) 시스템이 필요하지 않습니다. 또한 리튬 이온전지가 겪는 리튬 공급망 문제가 없어 비용면에서도 유리합니다.

이 배터리는 켄터키주 셀비 카운티에 100만 평방 피트 면적에 연간 1.5 GWh의 생산능력을 가진 기가팩토리에서 생산될 예정입니다. EnerVenue는 향후 총 20 GWh규모의 다른 공장을 건설할 계획을 가지고 있습니다. 

 

자동차 OEM

■ SCANIA 배터리 시스템 조립 공장 가동

스웨덴의 SCANIA는 다임러, 볼보에 이어 세계 3위의 대형트럭 생산 업체로 본사가 있는 스웨덴의 Södertälje의 차량 섀시 공장에 배터리시스템 조립라인을 건설했고 9월 5일부터 가동을 시작했습니다.

2030년에 전기차를 50% 판매하는 목표를 세운 SCANIA는 배터리 조립라인 건설을 위해 15억 SEK를 투자했습니다.

SCANIA는 Northvolt와 함께 대형운송용으로 공동 개발한 배터리 셀을 지난 4월에 공개했는데 이 셀은 스웨덴 북부에 있는 Northvilt ETT공장에서 생산되며 이번에 가동하는 18,000제곱미터 규모의 SCANIA의 Södertälje배터리 조립 공장에서 팩으로 조립됩니다. 이후 이 팩은 SCANIA의 프리미엄 전기트럭에 공급될 예정입니다.

배터리 조립라인은 전기자동차의 대량생산을 위해 재설계된 섀시라인에 설치되어 빠르고 효율적으로 전기 트럭을 생산할 수 있게 되었습니다.

이곳에서 생산되는 배터리 팩은 트럭의 수명인 150만 킬로 동안 트럭에 전력을 공급하게 될 것입니다.

■ Rimac Technology와 Eve Energy, 유럽 배터리 생산 협력 발표

글로벌 OEM에 고성능 자동차 기술 솔루션을 제공하는 Rimac Technology는 EVE Energy와 파트너십을 맺었습니다. 이 파트너십은 뮌헨에서 열린 IAA Mobility 행사에서 공식적으로 발표되었습니다.

이번 협력을 통해 두 회사는 2027년부터 유럽에서 배터리 셀을 제조하기 위해 힘을 합치게 될 것입니다. EVE는 셀 제조에 주력하고, 리막테크놀로지는 셀을 활용한 배터리 모듈과 팩 플랫폼 개발 및 양산에 주력할 예정입니다.

이번 동맹의 핵심은 Rimac Technology의 고성능 배터리 시스템에 사용할 46xx 플랫폼 배터리를 생산하는 것입니다. Rimac Technology는 이 배터리를 이용해 유럽 OEM의 요구에 맞추어 완전히 맞춤화된 고성능 배터리 시스템을 경쟁력 있는 가격으로 만들 수 있습니다.

 

이 솔루션은 OEM들의 엄격한 요구사항에 맞춰 동급 최고의 에너지 밀도, 맞춤형 CTP 솔루션, 고급 배터리 관리 시스템을 제공하게 될것입니다.

46xx 원통형 셀의 주요 장점 중 하나는 원통형 형식이 전기 자동차의 안전과 신뢰성에 중요한 최적의 열 관리에 적합하기 때문에 열 전파와 관련하여 진화하는 규정에 부합한다는 것입니다.

Rimac Technology는 크로아티아 자그레브 외곽에 본사를 둔 기술 솔루션 제공회사이자 자동차 제조회사입니다. 이 그룹은 세계최대 OEM들을 위해 고성능 전기화, 자율주행 및 소프트웨어 솔루션을 개발하는 세계적으로 유명한 팀과 함께 세계에서 가장 지보된 하이퍼카를 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다.

  

재활용

■ 닛산, 구형 Leaf EV 배터리 재사용하여 휴대용 전원으로 재활용

잘 알려진 것처럼 전기자동차의 배터리는 수명이 다했다고 하더라도 충분한 에너지가 남아 있어 ESS등에 재활용되고 있습니다.

닛산 자동차는 현재까지 Leaf EV를 65만 대 이상 판매했는데 이중 폐기되는 구형 Leaf자동차의 배터리를 재활용하여 이동 중에 기기를 작동하거나 재난 시 비상 전원을 공급하는 휴대용 전원으로 재활용하고 있습니다.

닛산은 전자 제품 제조업체인 JVCKenwood와 친환경 차량 및 전력 저장 시스템을 연구하는 4R Energy와 함께 Leaf EV에 사용된 배터리를 재활용하는 휴대용 전원을 개발하여 판매하고 있습니다.

이 휴대용 전원은 이동 중에 전자기기를 작동하거나 재난 시 비상 전원을 공급하는 기기로 Leaf의 48개 배터리 모듈 중 2개의 배터리 모듈을 사용하여 제작되었으며 무게는 14.4kg입니다. 1170달러의 가격에 판매되는 이 휴대용 전원기기는 현재까지는 일본에서만 판매되며 해외 판매는 아직 미정입니다. 

■ Princeton NuEnergy, 플라즈마 이용한 폐배터리 재활용기술

Princeton NuEnergy  (PNE)는 2019년 프린스턴 대학에서 설립된 회사로 기존의 배터리 재활용 기술인 고온 야금 (Pyrometallurgy)이나 습식 야금(Hydrometallurgy) 방법이 아닌 저온 플라즈마 를 이용해 배터리 재료들을 분리하는 LPAS (Low-temperature Plasma-Assisted Separation) 방식을 개발했습니다.

기존의 재활용 방식 (좌), PNE의 LPAS 재활용 방식 (우)

위 그림에서 보는 바와 같이 배터리를 수집하여 분쇄하고 소재별로 분류하는 것은 기존과 동일하지만 이후 분리된 양극과 음극을 LPAS설비에서 플라즈마를 이용해 불순물을 제거하여 순도 높은 양, 음극 재료로 정제하고 이후 열처리를 통해 양음극 소재에 표면코팅, 도핑등을 하게 됩니다.

PNE의 재활용 기술은 95%가 넘는 재활용효율을 가지고 있고 플라즈마를 사용하므로 기존의 방법보다 에너지의 사용양을 73% 줄일 수 있으며 물의 사용량은 69%. CO2배출양은 68% 줄일 수 있습니다. 이러한 재활용 기술은 광산에서 채굴하여 생산하는 비용대비 44% 저렴하고 기존의 습식 야금 방식보다 39%의 비용을 절감할 수 있습니다.

PNE의 LPAS재 활용 기술의 경제 효과 분석

PNE는 2022년 텍사스주 맥키니에 자사의 기술을 적용한 배터리 재활용 파일롯 라인을 건설하였습니다. 이 배터리 파일롯 라인은 EV나 가전제품, 배터리 공장에서 나온 스크랩들을 받아 그대로 투입하여 최종적으로 배터리에 사용될 수 있는 소재들로 재활용하는 엔드투엔드(End to End) 생산 방식으로 연간 최대 500톤의 폐배터리를 처리할 수 있습니다..

이러한 기술력을 인정받아 PNE는 2022년 미국 에너지부로부터 1200만 달러의 보조금을 받은데 이어 올해는 437만 5천 달러의 보조금을 받게 되었습니다.

■ Fortum Battery Recycling, 기계 처리 능력 확장 위해 450만 유로의 보조금 확보.

은 북유럽의 에너지 회사인 Fortum의 배터리 재활용을 위한 자회사인 Fortum Battery Recycling은 핀란드 Ikaalinen에 재활용 시설을 개발하기 위해 Business Finland로부터 450만 유로의 보조금을 받았습니다.

Fortum Battery Recycling은 핀란드 Ikaalinen의 배터리 재활용 시설에 새로운 종류의 기계식 파쇄기와 관련 물 및 가스 관리 장비에 투자하여 처리 능력을 확장할 계획입니다. 이번 Business Finland의 자금 지원을 통해 Fortum은 시장에 가장 먼저 진입할 수 있게 되었으며 빠르게 움직여 충분한 시장 점유율을 확보할 수 있게 되었습니다.

이번 투자로 Ikaalinen에서는 연간 5000톤의 EV배터리를 분해하여 Black mass와 금속, 플라스틱의 회수율을 향상시키게 되고 여기서 추출된 고품질의 Black mass는 Harjavalta에 있는 Fortum Battery Recycling의 습식 제련 시설로 보내져 배터리 소재로 재활용될 것입니다.  

■ Ascend Elements 배터리 재활용 공장건설 위한 투자 확보

미국 매사추세츠주에 본사를 둔 Ascend Elements는 EV배터리를 재활용하여 배터리 등급의 전구체를 생산하고 이를 이용해 양극 활물질을 생산하는 폐쇄루프 배터리 솔루션을 제공하는 회사입니다.

현재 대부분의 양극 전구체는 광산에서 채광된 금속을 통해 중국에서 대부분 제조되지만 Ascend material은 배터리를 재활용하여 얻은 블랙매스를 통해 양극전구체를 얻고 이를 다시 양극 활물질로 제조하게 됩니다.

Ascend Elements가 개발한 Hydro-to-Cathode라는 공법은 기존 방법보다 더 효율적으로 폐 리튬이온 배터리에서 직접 전구체를 생성할 수 있어 비용을 절감하고 온실가스 배출량을 기존보다 93%까지 감소시킬 수 있습니다.

Ascend Elements가 미국 남서부 켄터키 Hopkinsville에 100만 평방피트 규모로 건설 중인 제조시설은 미국 최초의 양극 전구체 및 양극 활물질 제조시설로서 완공되면 연간 75만 대의 전기자동차에 충분히 공급할 수 있는 양극재를 생산하게 될 것입니다.

Ascend Elements 이 공장을 건설하기 위해 현재까지 총 5억 4200만 달러의 투자를 받았고 회사는 이 시설을 위해 총 10억 달러를 투자할 계획입니다.  

■ Volytica Diagnostic, ESS용 배터리 분석기술 개발

독일 드레스덴에 본사를 둔 Volytica Diagnostics은 이동식 및 고정식 ESS용 배터리 진단을 전문으로 하는 소프트웨어 제공업체입니다. Volytica Diagnostics은 10년 이상의 이 분야에 대한 풍부한 경험과 혁신적인 AI기반 분석 소프트웨어, 그리고 수집된 현장 데이터를 활용하여 배터리 상태에 대한 새로운 차원의 정보를 제공합니다. 고객은 이 솔루션을 통해 배터리의 성능저하, 충전상태, 이상현상, 안전성등에 대한 통찰력 있는 정보를 얻을 수 있고 배터리를 재구매할지 재활용할지를 결정하게 됩니다.

Volytica Diagnostics는 SHIFT Invest와 EnBW New Ventures가 주도하는 550만 유로 규모의 투자를 받았는데 이를 통해 Volytica Diagnostics는 배터리 분석기술을 개선하여 향후 증가하는 ESS시장의 수요를 충족시키고 글로벌 시장으로 진출하는 데 사용할 예정입니다.  

 

 

출처: https://batteriesnews.com/