배터리 산업뉴스_2023년 39~40주

원자재

■ Sigma Lithium, 리튬 최대 생산량 달성

■ Endolith, 미생물을 이용하여 리튬을 생산

■ Stellantis, Argentina Lithium에 9천만 달러 투자

배터리 소재

■ DGIST-ETRI, 흑연-실리콘 전극에 Prelithiation 기술 적용하여 고에너지밀도, 고안정성 전고체 전지용 전극 개발

■ Sepion technologies, 리튬금속 배터리용 분리막 코팅 시설 오픈

■ LG화학, 화유그룹과 손잡고 LFP 양극재 사업진출

배터리 제조

■ PNNL, SEI의 전기적 특성 규명으로 배터리 수명 개선 방안 도출

■ Wright Electric, 1000Wh/kg 배터리 프로그램 론칭

■ 2030년까지 전 세계 EV 배터리 생산량이 6배 증가

■ Northvolt, 유럽 외 지역 최초의 기가팩토리로 캐나다 퀘벡 선택

■ Posifa Technologies, 열 폭주 감지용 새로운 수소 센서 출시

자동차 OEM

■ BMW, 새로운 배터리 테스트 센터 위해 1억 유로 이상 투자

■ Volvo, 차세대 EV용 배터리 개발 위해 Storedot과 협력 체결

■ Volvo, Northvolt와 스웨덴에 배터리 기가팩토리 건설

재활용

■ 6K Energy, Aqua Metals와 배터리 핵심 광물의 순환 공급망 구축

■ DOE, 배터리 재활용 발전을 위해 200만 달러의 보조금 지급

 

원자재

■ Sigma Lithium, 리튬 최대 생산량 달성  

Sigma Lithium은 현재 브라질의 Grota do Cirilo 프로젝트에서 Triple Zero Green Lithium을 생산하고 있는데 일일 890톤의 일일 최대 생산량을 기록했다고 발표했습니다. 이는 산화리튬이 5.5% 함유된 배터리 등급의 Triple Zero Green 리튬 연간 생산량 320,000톤에 해당합니다.

Sigma Lithium의 최첨단 Greentech 공장은 기존의 리튬 생산 시설과 달리 댐 없이 공정에 사용된 물을 100% 재사용하여 화학 등급 리튬 정광을 생산하는 DMS (Dense Medium Separation) 기술을 적용한 세계 최초의 리튬 공장으로 리튬 처리 시 유해 화학 제품이 없기 때문에 회사는 물과 토양 오염의 위험을 최소화하고 있습니다.

이번 생산 결과는 DMS기술의 탁월한 성능을 입증한 것이라 할 수 있습니다. 회사는 현재 설계 가동률인 85%를 초과한 88%로 운영 중이며 처리량은 2023년 77월 말 설계 처리용량 75%에서 9월 30일 100%으로 향상되었습니다.

Sigma Lithium은 3단계의 생산량 증가 계획을 가지고 있으며 3단계에서는 연간 766000톤을 생산할 계획입니다.

 

■ Endolith, 미생물을 이용하여 리튬을 생산

미생물을 사용하여 리튬과 구리를 추출하는 기술을 보유한 Endolith는 미생물을 이용하여 수소와 CO2를 생산하는 Chemvita의 자회사입니다. Endolith는 미생물용해제를 사용해 기존광산에서 금속을 추출하거나 새로운 광산자원을 발굴하기 위해 생물 분해제를 설계하는 기술을 제공합니다.

Endolith는 110만 달러의 미국 에너지부(DOE)의 보조금을 확보했는데 이를 이용해 1년 차에는 리튬 추출 최적화 연구에 중점을 두고 2년 차에는 업계파트너 중 한 곳과 협력하여 파일롯 규모의 생물 공정 운영 반응기를 건설하고 검증하는데 중점을 둘 계획입니다. 최종적인 목표는 미생물 반응기들을 직렬로 연결하여 1톤의 리튬을 처리하여 경제적 가치를 확인하는 것입니다.

현재 Endolith의 제품라인은 구리, 리튬, 니켈이며 향후 미생물 혼합물을 개발하여 다양한 광물의 추출을 할 계획입니다.

 

■ Stellantis, Argentina Lithium에 9천만 달러 투자

Argentina Lithium & Energy Corp  (ALE)는 1993년부터 아르헨티나의 광물자원 분야를 개척해 온 Grosso Group의 계열사로 "리튬 트라이앵글"중 하나인 아르헨티나에서 고품질 리튬 프로젝트를 인수하고 생산을 진행하는 데 중점을 두고 있는 회사로 현재 아르헨티나에서 Rincon West 프로젝트를 진행하며 리튬광산을 개발하고 있습니다.

Stellantis는 ALE에 9천만 달러를 투자하기로 합의하고 ALE는 자사가 발행하는 보통주 교환권을 Stellantis에 부여하기로 했습니다.

이 계약으로 ALE는 자사가 진행하는 리튬 개발 프로젝트를 촉진할 계획이며 Stellantis는 ALE주식의 19.9%를 보유하게 될 것입니다.

  

배터리 소재

■ DGIST-ETRI, 흑연-실리콘 전극에 Prelithiation 기술 적용하여 고에너지밀도·고안정성 전고체 전지용 전극 개발

기존의 전고체 전지용 전극은 구성 요소가 복잡하여 에너지밀도 측면에서 한계가 있었습니다. 이에 DGIST-ETRI 연구팀은 리튬 이온을 전해질이 아닌 활물질 사이에서 확산시켜 전달하는 새로운 방식의 전극을 개발했습니다. 이 구조의 전극은 대부분이 활물질로 구성되어 부피당, 질량당 에너지밀도 측면에서 강점을 가집니다.

DGIST-ETRI공동 연구팀은 흑연-실리콘 확산기반 전극에 사전 리튬화 (Prelithiation) 기술을 적용하여 낮은 초기 충․방전 효율로 용량감소가 생기는 실리콘 음극의 문제를 해결했습니다. 활물질에 리튬을 미리 삽입하여 처음 충전 시 발생하는 용량 손실을 보완하면 실리콘의 초기 용량 감소를 보완할 수 있을 뿐만 아니라 부피팽창이 완화되어 전극의 수명이 향상됩니다.

기존에도 사전리튬화 기술은 액체전해질기반으로 개발되어 전고체 전지에 적용하기는 어려웠는데 공동연구팀은 간단하면서도 효과적인 사전리튬화 기술을 개발하여 해결했습니다.

이 새로운 기술은 전극 안에 마이크로 리튬금속 입자를 균일하게 분산시켜서 리튬을 공급하는 방법이다. 전고체 전지를 만들 때 이 작은 리튬금속 입자가 흑연과 실리콘에 접촉하면서 자발적으로 리튬이 충전되는 반응이 일어난다. 이 기술은 기존의 복잡한 공정이 필요 없어서 공정이 간단해지는 장점이 있다.

 이 새로운 사전리튬화 기술을 적용한 흑연-실리콘 확산기반 전극은 기존의 전극보다 초기 충방전 효율이 더 높아지고 전기화학적 성능도 향상됐다. 또한, 전극의 리튬화 과정에서 발생하는 부피팽창이 40% 가까이 줄어들어서 전극의 수명이 향상됐다.

  

■ Sepion technologies, 리튬금속 배터리용 분리막 코팅 시설 오픈

캘리포니아주 Alameda에 본사를 둔 Sepion technologies는 리튬금속 배터리 (LMB: Lithium Metal Battery)용 soft membrane과 전해액을 개발 생산하는 회사입니다.  

이 회사는 캘리포니아주 Alameda에 분리막 코팅 시설을 가동한다고 발표했습니다. 이 시설은 25000m²규모이며 100%100% 재생 가능에너지로 가동됩니다. 이 시설은 기존 Sepion의 분리막 코팅 용량의 1000배, 폴리머 합성 용량의 100배이며 최대 10Ah의 파우치 셀 생산도 가능합니다. 이 공장을 통해 Sepion의 리튬 금속 배터리용 분리막은 프로토타입에서 파일롯 규모의 생산으로 전환될 예정입니다.

 

■ LG화학, 화유그룹과 손잡고 LFP 양극재 사업진출

LG화학이 중국 화유그룹과 LFP 공급망에 대한 포괄적 업무협약(MOU) 맺고 LFP사업에 본격 진출합니다.

이번 MOU로 LG화학과 화유그룹과 모로코에 보급형 전기차 50만 대를 만들 수 있는 연산 5만 톤(t) 규모의 LFP합작공장과 리튬 컨버전 플랜트(CP)를 짓고, 인도네시아에 니켈 제련 공장 및 전구체 공장 설립을 추진할 방침입니다.

모로코는 리튬인산철 양극재의 핵심 원재료인 인광석 매장량이 총 500억 t (전 세계 매장량의 73%)으로 전 세계 1위의 매장량을 가진 지역입니다. 거기에 대해 모로코는 미국과 자유무역협정(FTA)을 맺었기 때문에 이곳에서 생산한 양극재는 미국 인플레이션감축법(IRA) 보조금 요건도 충족시킬 수 있습니다.

LG화학은 화유 그룹 산하 유산 (Youshan)와 합작하여  2026년 가동을 목표로 LFP공장을 짓고 화유그룹 산하 화유코발트(Huayou Cobalt)와는 리튬 컨버전 플랜트 공장도 세울 예정입니다. 컨버전 플랜트란 리튬 정광(리튬 광석을 가공해 농축한 고순도 광물)에서 양극재 생산에 필요한 수산화리튬과 탄산리튬을 추출하는 시설입니다. 모로코 리튬 컨버전 플랜트는 2025년까지 연산 5만 2000톤의 리튬 양산 체제를 마련하고, 모로코 LFP 공장에 리튬을 공급할 예정입니다.

이외에도 LG화학과 화유코발트는 미국 인플레이션감축법(IRA)  충족을 위해 인도네시아에 연산 5만 톤 규모의 전구체 공장과  전구체 생산을 위해 니켈 광석에서 니켈 중간재(MHP, Mixed Hydroxide Precipitate)를 추출하는 니켈 제련 공장 설립도 논의할 계획입니다.

 

배터리 제조

■ PNNL, SEI의 전기적 특성 규명으로 배터리 수명 개선 방안 도출

In-situ  TEM (T ransmission Electron Microscopy) 를 통해 원자 규모에서의 배터리재료의 거동을 직접관찰한다 .

수십 년 동안 연구자들은 리튬이온 배터리의 SEI (Solid Electrolyte Interphase)는 이온전도성이 있어 이온을 통과시키는 역할을 하고 전기적으로 절연되어 전극과 전해질 사이의 지속적인 부반응을 방지하므로 배터리의 성능에 영향을 미친다고 생각을 해왔습니다. 그러나 지금까지 음극과 액체전해질 사이의 경계에서 일어나는 전기적 특성을 직접 측정하지 못해 SEI가 전기절연성이 있다는 것을 직접 확인하지 못했었습니다.

그러나 미국 PNNL (Pacific Northwest National Laboratory)의 연구팀은 In-situ TEM (Transmission Electron Microscopy)과 나노 스케일로 미세 가공된 금속 바늘을 사용하여 SEI의 전기전도도를 직접 측정하는 데 성공했습니다. 연구팀은 4가지 유형의 전해질을 사용하여 구리 또는 리튬금속 위에 형성된 SEI층의 전기적 특성을 위의 장치를 사용하여 측정했습니다.

a: SEI 의 전기적 특성 측정을 위한 실험 구성도 b: 텅스텐 바늘과 Cu 와이어의 저배율 TEM 이미지 . c:  Cu 위에 생성된 SEI 와 텅스텐 바늘의 접촉을 보여주는 고배율 TEM 이미지 . d: Cu 와이어를 전극으로 사용하여 표면 SEI 층과 함께 Li 증착을 보여주는 TEM 이미지 . e, 임계 전압을 보여주는 일반적인 I-V 곡선 .

연구진의 측정결과 전압이 증가함에 따라 대부분의 경우 SEI층에서 전자가 누출되어 반도체가 되는 것으로 나타났습니다. 연구팀은 화학적으로 복잡한 구성요소를 가지는 SEI에서 어떤 구성요소가 전자 누출을 담당하는지 연구를 했고 SEI층의 탄소를 함유한 유기성분이 전자를 누출하는 경향이 있다는 것을 발견했습니다. SEI의 전도율의 약간의 변화에도 배터리의 수명안전성에 극적인 차이를 가져올 수 있기 때문에 SEI의 유기성분을 최소화하면 배터리의 수명을 연장할 수 있을 것이라고 연구진은 밝혔습니다.

 

■ Wright Electric, 1000Wh/kg 배터리 프로그램 론칭

항공우주 운송 분야 탄소배출량의 대부분은 승객이 100명 이상인 항공기에서 발생하고 있지만 비행기를 전기화하기 위해서는 현재의 배터리의 에너지밀도로는 어렵기 때문에 탈탄소화하기 어려운 분야라고 생각되어 왔습니다.

항공기용 전기 추진 시스템을 개발하는 Wright Electric은 항공우주 산업을 탈탄소화겠다는 목표를 가지고 2016년 설립되었습니다. Wright Electric은 이를 위해 전력 밀도가 높은 전기 모터와 인버터 및 발전기를 제작해 왔는데 이제는 기계 경량화 및 전기 시스템에 대한 전문 지식을 배터리 개발에 적용하려고 하고 있습니다.

기존의 배터리 에너지 밀도는 250Wh/kg이고 최근 500Wh/kg의 에너지 밀도를 발표하는 경우들이 있지만 이 정도의 에너지 밀도로는 항공우주 운송분야의 탈탄소화를 이루는 데는 부족하기 때문에 Wright Electric은 1000Wh/kg의 에너지밀도를 가지는 배터리 개발 계획인 Wright Batteries 프로그램을 론칭했습니다.

구체적인 재료와 개발 방법은 발표하지 않았지만 22025년 실험실 테스트를 위한 초기 팩을 출시할 예정이며 2027년에는 얼리어답터를 대상으로 한 첫 제품 출시를 계획하고 있습니다.

 

■ 2030년까지 전 세계 EV 배터리 생산량이 6배 증가

글로벌 기술 인텔리전스 회사인 ABI Research는 자사가 발간하는 “차세대 전기 자동차 배터리 (Next-Generation Electric Vehicle Batteries) 보고서를 통해 전 세계 EV배터리 생산량은 정부의 공격적인 탈탄소화 목표와 OEM들의 전기화 전략으로 인해 2030년까지 약 6배 증가하여 2585 GWh에 도달할 것이라고 예측했습니다.

전고체 배터리와 같은 혁신적인 기술은 향상된 주행 거리와 충전 시간 단축을 약속하며 많은 언론의 주목을 받고 있지만 가격이 너무 비싸고 제조가 어려우며 셀 설계 및 제조에 변화가 필요하기 때문에 향후 10년 동안의 배터리 개발은 현재 리튬 이온 배터리의 진화적 개선에 초점을 맞출 것이라고 예측했습니다.  가장 중요한 기술은 배터리를 더 저렴하게 만들거나 대규모 제조를 더 쉽게 만드는 기술이 될 것이라고 예측했습니다.

배터리의 폭발적인 수요는 원자재 수급에 압박을 가하여 2022년부터 2030년까지 전기차 배터리용 리튬 수요는 5.3배, 코발트 수요는 3.2배 증가할 전망이므로 이러한 중요한 광물의 소비를 줄이는 것은 배터리 제조업체에게는 필수적인 목표가 될 것으로 예측했습니다.

C2P(Cell-to-Pack) 기술과 같은 향상된 팩 조립 기술은 코발트가 없는 LFP(리튬철인산염)의 전체 에너지 밀도를 높여 더 많은 응용 프로그램에 사용되게 될 것이며 니켈 함량이 높은 NMC(니켈 망간 코발트) 양극도 코발트 함량을 줄이면서 전체 에너지 밀도를 높여 EV 배터리의 평균 코발트 함량은 2030년까지 44% 감소할 것으로 내다봤습니다.

보고서는 자동차 업계 전반의 전기화 목표를 달성하기 위해서는 장거리 주행이 가능한 전기차나 빠르게 충전할 수 있는 전기차를 만드는 것도 중요하지만 근본적으로 화석연료를 사용하는 차량과 경쟁해야 하므로  향후 리튬 이온 배터리 기술이 초점을 맞추어야 하는 영역은  EV 비용을 줄이는 것이라고 결론지었습니다.

 

■ Northvolt, 유럽 외 지역 최초의 기가팩토리로 캐나다 퀘벡 선택

Northvolt는 캐나다 퀘벡주 몬트리올 교외의 Saint-Basile-le-Grand와 McMasterville에 완전히 통합된 리튬 이온 배터리 기가팩토리를 건립한다고 발표했습니다. 노스볼트 식스(Northvolt Six)라는 이름의 이 공장은 연간 60 GWh의 생산능력을 갖추게 될 것이며, 양극 활물질 생산 및 재활용을 위한 인접 시설을 갖추고 있어 현장에서 배터리의 순환 생산이 가능해질 것입니다. 또한 이 공장에 공급되는 전력은 퀘벡 수력발전소로부터 공급되는 재생에너지로 생산될 것입니다.

프로젝트의 첫 번째 단계는 30 GWh 규모의 공장을 건설하는 것이며 2023년 말에 건설을 시작할 예정입니다. 이 공장에서 생산될 첫 번째 배터리는 2026년에 고객에게 인도될 것으로 예상됩니다.

 

■ Posifa Technologies, 배터리 관리 시스템 열 폭주 감지용 새로운 수소 센서 출시

Posifa Technologies는 배터리 관리 시스템(BMS)의 열폭주 감지를 위한 새로운 센서 솔루션을 출시했습니다. 자사의 MEMS 수소 센서 기술을 기반으로 구축된 새로운 PGS4100 수소 센서는 BMS 구획 내 가스 혼합물의 열전도도 변화를 측정하여 공기 중 수소 농도를 정확하게 감지하여 전기 자동차(EV)에서 배터리 고장 경보를 트리거하는 반응 시간이 빨라지고 안전 표준을 준수할 수 있습니다.

PGS4100 시리즈는 아날로그 전압과 I2C 디지털 출력을 지원하며 향후 모델은 MODBUS/UART 및 CAN 버스를 지원할 예정이며 IP6K9를  준수할 수 있는 인클로저에 내장되고 자동차 등급 커넥터로 종단 처리된 와이어 하네스가 장착되어 있어 뛰어난 내구성을 보여줍니다.

또한 습도 및 압력에 대해 값을 보정해 주므로 열악한 환경에서도 정확한 작동을 보장하며 독이나 오염물질에 반응하지 않아 장기적인 안정성과 신뢰할 수 있는 성능을 보장할 수 있습니다.

 

자동차 OEM

■ BMW, 새로운 배터리 테스트 센터 위해 1억 유로 이상 투자

BMW 그룹은 2026년까지 새로운 배터리 테스트 센터를 Wackersdorf에 짓기로 하고 1억 유로를 투자할 예정입니다.

이 테스트 센터를 통해 개발 중인 배터리와 차량의 테스트를 실시하여 BMW 전기차의 프리미엄 품질을 보장할 예정입니다.

유럽 전역에 몇 개 밖에 없는 Shaker장비를 통해 차량에 장착된 배터리의 진동 및 충격테스트를 진행하며 다양한 환경에서의 복잡한 주행패턴을 적용하여 배터리의 내구성을 시뮬레이션할 계획입니다. 또한 각 국가별 다양한 인증조건을 만족시키기 위한 테스트도 진행할 계획입니다.

 

■ Volvo, 차세대 EV용 배터리 개발 위해 Storedot과 협력 체결

볼보 자동차는 5분 만에 100마일을 주행할 수 있는 초고속 충전(XFC) 배터리 기술을 보유한 StoreDot 다년간 계약을 체결했습니다.

이미 볼보는 Storedot에 투자를 해오고 있었지만 이번 협의를 통해 Storedeot은 볼보의 미래 전기 자동차 아키텍처에 최적화되고 맞춤화된 배터리를 개발하고 공급할 계획입니다.

StoreDot은 내년 초 실제 테스트를 위한 첫 번째 샘플을 볼보에 공급할 계획입니다.

Storedot은 인공지능 알고리즘을 이용해 배터리에 적합한 유기, 무기 화합물을 최적화하는 기술로 배터리를 개발하고 있으며 “Range on Demand”라는 이름하에  2024년에 5분 만에 100마일 주행이 가능한 “100 in 5”제품을 출시하여 2025년 양산할 계획이고 2028년에는 3분 만에 100마일 주행이 가능한 “100 in 3”, 2032년에는 2분 만에 100마일 주행이 가능한 “100 in 2”제품을 출시할 계획입니다.

 

■ Volvo, Northvolt와 스웨덴에 배터리 기가팩토리 건설

Volvo자동차는 Northvolt와 합작회사인 Novo Energy를 설립하고 스웨덴 Göteborg에서 배터리 기가팩토리 기공식을 거행했습니다.  이 공장은 2026년 말 가동을 목표로 하고 있으며 완공되면 50만 대의 자동차용 배터리를 생산할 수 있는 연 생산 50 Gwh의 유럽 최대 규모 공장이 될 것입니다.

 

재활용

■ 6K Energy, Aqua Metals와 배터리 핵심 광물의 순환 공급망 구축

고주파 마이크로에이브 플라즈마 (high-frequency microwave plasma) 방식을 이용한 UniMelt라는 설비를 사용해 배터리 양극재료를 생산하는 6K energy는 배터리 재활용 업체인 Auqa metals와 협력을 위한 MOU를 체결했습니다.

Aqua metals가 수명이 다한 배터리와 배터리 제조사의 스크랩 재료를 사용하여 배터리 재료로 사용할 수 있는 수준으로 가공하여 공급하면 6K Energy는 이를 이용해 자사의 Unimelt설비로 양극 활물질을 제조하게 될 것입니다.

이를 위해 Aqua metals는 미국 테네시주 Jackson시에 위치한 6K Energy의 양극 제조 공장 (PlusCAM)에 재활용시설을 건설할 계획입니다. 이 계획이 실현되면 6K energy PlusCAM공장은 재활용 배터리 재료를 사용하여 저비용으로 고주파 마이크로에이브 플라즈마 방식의 양극 재료를 생산하는 세계 최초의 공장이 될 것입니다.

Aqua metals는 특허받은 AquaRefining기술을 통해 재활용을 하고 있습니다. 이 기술은 폐배터리에서 더 높은 순도의 금속 재료를 전기도금 방법을 사용해 오염물질과 탄소배출이 적은 방법으로 재활용하는 기술입니다.

 

■ DOE, 배터리 재활용 발전을 위해 200만 달러의 보조금 지급

미국 에너지부 (DOE)는 미국 내 리튬이온 배터리의 재활용 산업을 발전시키기 위해 200만 달러의 보조금 지급대상을 발표했습니다.

두 가지 주제영역에서 총 8개의 프로젝트가 선정되었으며 아래와 같습니다.

-      전극 재활용 및 재사용을 위한 상온 공정 개발

수여된 프로젝트: 5

참여 연구실: Argonne, NREL, ORNL, INL

참여 산업: Cirba Solutions, Li Industries Inc., Nth Cycle, Koura Global, StoragEnergy Technologies

-      전해질 재활용

 

수여된 프로젝트: 3

참여 연구실: Argonne, ORNL, INL

참가 산업 : Austin Elements, American Battery Technology Company, Koura Global

 

 

출처: https://batteriesnews.com/