배터리 산업뉴스_2024년 3주차

배터리 재료

■ Avocet Battery Materials, Lead tab제조 기업 NexPO와 MOU 체결 

■ StoreDot, 고속 충전 용 전해질 개발

 

배터리 제조

■ SK On, LFP배터리 2026년 양산하여 자동차 업체에 공급

■ Panasonic, 테슬라용 용량향상된 배터리 셀 출시

■ Betavolt, 민간용 원자력 배터리 개발 성공

■Maryland대학 연구팀, 리튬 덴드라이트 억제하는 기술개발

■ CATL, 베이징에 기가팩토리 건설

■ Enpower Greentech, 73% 에너지밀도 증가한 팩 출시

■ Amprius, 실리콘 음극을 사용한 Sicore 배터리 출시

■ Quatumscape, Pouch와 각형을 결합한 FlexFrame셀 공개

■ StoreDot, CTP플랫폼 I-beam XFC 공개

 

자동차 OEM

■ Stellantis, Tiamat와 나트륨 이온 배터리 기술에 투자

■ VW, Bluesolution과 전고체 배터리 공동개발 협의 중

 

재활용

■ RecycLiCo – 재활용 배터리급 탄산리튬, LFP 배터리에서 성공적으로 테스트됨

 

배터리 재료

■ Avocet Battery Materials, Lead tab제조 기업 NexPO와 MOU 체결  

 

영국의 파우치용 Lead tab  제조업체인 Avocet Battery Materials(ABM)은 항공, 국방, 모터스포츠와 같은 틈새 응용 분야를 위한 고성능 리드 탭을 통해 EU 및 미국 시장에 서비스를 제공하고 있습니다.

ABM은 한국 탭 제조기업인 NexPO와 MOU 체결을 통해 파트너십을 발표했습니다.  글로벌 배터리 제조사를 주주로 둔 NexPO는 한국과 중국에 공장을 두고 있는 세계 최대 파우치용 Lead tab 생산업체 중 하나입니다.

ABM은 이번 파트너십을 통해 EU 및 미국 지역의 대형 배터리 고객에게 제품을 공급하기 위해 NextPO를 통해 Lead tab을 OEM 생산하여 생산 능력을 확장할 계획입니다.

2030년까지 연간 배터리 수요량이 700 GWh를 넘어서 연간 5억 개 이상의 Lead tab이 필요할 것으로 예상되는 유럽시장을 겨냥하여 두 회사는 유럽에 제조 시설을 설립할 예정입니다.

 

■ StoreDot, 고속 충전 용 전해질 개발

 

 

Storedot은 고속 충전 시의 성능과 안전성을 향상할 수 있는 전해액을 개발했고 이에 대한 특허가 공개되었습니다.  

이 전해액은 양극과 음극 표면에서 생성되는 CEI(cathode electrolyte interface)와 SEI (Solid-electrolyte interface)를 안정화시키며 보다 빠른 이온 전달을 촉진하여 수명을 열화 시키지 않고 고속충전을 가능하게 합니다.

특히 디티오에스테르 (Dithioester) 작용기를 갖는 전해질 첨가제는 중합 제어 및/또는 사슬 전달제로서 기능하여 VC(Vinyl Carbonate)와 같은 다른 전해질 성분의 중합 수준을 조절하고 배터리의 형성 및 작동을 개선할 수 있습니다. 또한 산소를 제거하는 역할을 수행하여 셀의 열화를 막아주며 실리콘 게르마 주석, LFP 등 다양한 양, 음극 재료와 호환이 가능합니다.

 

배터리 제조

■ SK On, LFP배터리 2026년 양산하여 자동차 업체에 공급

 

SK On 최영찬 최고행정책임자(CSO)는 미국 라스베이거스 2024 CES 전시장에서 LFP 배터리 공급 계약을 위해 일부 주요 자동차 제조업체와 OEM(주문자 상표 부착) 방식 생산을 협의 중이라고 밝혔습니다.

최 사장은 공급업체의 이름을 공개하지는 않았지만 논의가 마무리되면 LFP 배터리 양산을 시작할 계획이라고 말했습니다.

그는 "논의가 잘 진행되면 빠르면 2026년, 늦어도 2027년에는 LFP배터리 양산을 시작할 수 있을 것으로 본다"면서 "LFP 배터리를 유럽이나 중국에서 생산하는 방안을 고려하고 있다"라고 밝혔습니다.

SK온은 현재 미국 포드자동차와 독일 폭스바겐, 그리고 현대차 등에 리튬이온배터리를 공급하고 있어 이들에 먼저 LFP 배터리를 공급할 가능성이 높아 보입니다.

SK온을 비롯한 LG에너지솔루션과 삼성 SDI 등 K-배터리 3사는 최근 저가형 전기차 개발에 적극적으로 나서고 있는 자동차업체들의 수요에 맞춰 가격대가 저렴한 LFP 배터리 개발을 서두르고 있습니다. 앞서 LG에너지솔루션과 삼성 SDI도 2026년 LFP 제품 양산을 목표로 개발을 진행하고 있다고 밝혔습니다.

 

■ Panasonic, 테슬라용 용량 향상된 배터리 셀 출시

 

Panasonic의 EV배터리 CTO인 Shoichiro Watanabe는 이르면 올해 초 용량이 향상된 최신 전기 자동차 배터리 셀을 출시할 계획이라고 밝혔습니다.

그는 Panasonic과 테슬라와 공동운영하는 네바다 공장에서 2170셀의 개량버전을 2024년 또는 2025년 중에는 생산을 시작할 것이지만 정확한 생산시기는 테슬라와 함께 결정할 것이라고 말했습니다.

Panasonic은 2025년까지 제조용량을 10% 늘리는데 새로운 생산라인을 추가하거나 투자가 필요한 것은 아니라고 밝혔습니다. 그는 2170셀의 에너지 밀도를 높여서 이 목표를 달성할 수 있다고 말했습니다.

Panasonoc은 현재 배터리 생산량인 50 GWh를 2030년까지 4배 늘려 200 Gwh로 늘리기로하고 현재 두 번째 공장을 캔자스에 건설하고 있으며 세 번째 공장의 위치는 이번 회계연도 말까지 공개할 예정입니다.

 

■ Betavolt, 민간용 원자력 배터리 개발 성공

 

베이징 Betavolt (Beijing Betavolt New Energy Technology)는 소형 원자력 배터리 개발에 성공했다고 1월 8일 발표했습니다. 이 제품은 니켈-63 핵동위원소 붕괴기술과 중국 최초의 다이아몬드 반도체(4세대 반도체) 모듈을 결합해 원자력전지의 소형화를 성공적으로 구현한 제품으로 모듈화 및 저렴한 비용으로 민간에 사용하기 위한 프로세스를 시작합니다.   

Betavolt의 원자력 배터리는 충전이나 유지관리가 필요 없이 50년 동안 안정적이고 자율적으로 전기를 생산할 수 있습니다. 이 기술은 시범 단계에 진입했으며, 시장에 대량 생산될 예정입니다.

Betavolt 원자력 에너지 배터리는 항공우주, AI 장비, 의료 장비, MEMS 시스템, 고급 센서, 소형 드론 및 마이크로 로봇과 같은 다양한 환경에서 오래 지속되는 전원 공급 장치의 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

핵전지 또는 방사성 동위원소 전지라고도 알려진 원자력 전지는 핵 동위원소가 붕괴하면서 방출되는 에너지를 반도체 변환기를 통해 전기 에너지로 변환하는 원리로 작동합니다. 이는 1960년대 미국과 소련이 주력했던 첨단기술 분야였고 현재 항공우주분야에서는 열핵전지만 사용되고 있습니다.

지금까지 이런 종류의 배터리는 크기와 무게가 크고 내부 온도가 높으며 가격이 비싸 민간인이 사용할 수 없었지만 유럽과 미국 국가들은 최근 몇 년간 핵전지의 소형화, 모듈화 하여 민간용으로 개발하고자 했습니다. 중국 역시 '14차 5개년 계획과 2035년 비전 목표'에서도 핵기술의 민간화와 핵동위원소의 다목적 개발이 미래 발전 추세로 제시됐었습니다.

Betavolt원자력 전지의 핵심 기술은 고효율 다이아몬드 변환기로 Betavolt는 대형 다이아몬드 반도체 소재를 도핑할 수 있는 세계 유일의 회사로 알려져 있습니다. 원자력전지는 방사성 소스인 니켈-63에서 방출되는 베타 입자(전자)의 반도체 전이를 통해 전류를 생성하는 완전히 다른 기술적 접근 방식을 사용합니다. 이를 위해 Betavolt의 과학자 팀은 두 개의 다이아몬드 반도체 변환기 사이에 2 마이크론 두께의 니켈 -63 시트를 배치하여 두께가 10 마이크론에 불과한 독특한 단결정 다이아몬드 반도체를 개발했습니다. 방사성 소스인 니켈-64의 붕괴 에너지는 전류로 변환되어 독립적인 단위를 형성합니다. 원자력전지는 매분, 하루 8.64줄, 연간 3153줄의 전기를 생성할 수 있는데 이를 모듈형으로 수십, 수백 개의 독립적인 단위모듈로 구성할 수 있고 직렬 및 병렬로 사용할 수 있어 다양한 크기와 용량의 배터리 제품을 제조할 수 있습니다.

Betavolt의 Zhang Wei 회장 겸 CEO는 회사가 출시할 첫 번째 제품은 세계 최초의 대량 생산 원자력 배터리인 BV100이라고 말했습니다. 전력은 100 마이크로와트, 전압은 3V, 부피는 동전보다 작은 15 X 15 X 5 mm3입니다. Betavolt는 2025년 1와트급 배터리를 출시할 예정이다. 정책이 허용된다면 원자력 배터리는 휴대전화를 절대 충전하지 않고, 15분만 비행할 수 있는 드론은 연속 비행이 가능하다.

원자력전지는 전기화학전지가 아닌 물리적 전지로 에너지 밀도는 NCM 리튬 배터리의 10배 이상이며 관통등의 물리적 손상을 입어도 불이 붙거나 폭발하지 않습니다.

50년 동안 자동으로 전기를 생산하기 때문에 전기화학전지의 사이클 수(2000회 충방전)에 대한 개념이 없이 안정적이며 열악한 환경과 부하로 인해 특성이 변하지 않아 -60~120℃ 범위 내에서 정상적으로 작동할 수 있으며 자체 방전이 없습니다.

Betavolt가 개발한 원자력전지는 절대적으로 안전하고 외부 방사선이 없기 때문에 인체 내 심장박동기, 인공심장, 달팽이관 등 의료기기에 사용하기에 적합합니다.

또한 환경 친화적이어서 붕괴 기간이 지나면 방사성 소스인 니켈-63 동위원소는 안정적인 구리 동위원소가 되는데, 이는 비방사성이며 환경에 어떠한 위협이나 오염도 일으키지 않습니다. 따라서 기존 전기화학전지와 달리 원자력전지는 값비싼 재활용 공정이 필요하지 않다.

현재 베타볼트는 특허를 등록했으며, 글로벌 PCT 특허 등록을 시작할 예정입니다. 중국국가원자력공사(China National Nuclear Corporation)가 주최한 2023년 혁신대회에서 베타볼트는 극소수 외부 참가업체 중 하나로 수백 개의 기업과 연구기관 가운데 두각을 나타내며 대회에서 3위를 차지했다.

Betavolt는 중국의 전문 원자력 연구 기관 및 대학과도 소통해 왔으며, 스트론튬-90, 프로메튬-147, 중수소 등 동위원소를 활용해 더 높은 출력과 2~30년의 수명을 갖춘 원자력 배터리를 개발하는 연구를 계속할 계획입니다.

 

■Maryland대학 연구팀, 리튬 덴드라이트 억제하는 기술개발

 

리튬 배터리의 고장 원인을 연구하는 미국 Maryland대학 연구진은 차세대 전기 자동차(EV)의 배터리로 인한 화재 발생 가능성을 줄이고 에너지 저장량을 늘릴 수 있는 새로운 기술을 개발했습니다.

미국 Maryland대학 화학 및 생체분자공학과 Chunsheng Wang 교수가 이끄는 연구팀은 차세대 전고체 배터리에 사용될 리튬메탈 음극이 덴드라이트(Dendlite)라고 알려진 수상 돌기형상의 성장을 멈추게 하기 위해 배터리 중간층 (Interlayer)을 개발했습니다.

연구팀은 양극활물질 표면에 불소가 풍부한 층을 만들어 양극표면을 안정화시켰고 고체전해질과 음극사이에 마그네슘과 비스무트로 중간층을 추가했습니다. 이 중간층은 충방전시 변형이 되어 마그네슘과 비스무트 층으로 나뉘게 되고 이 층은 덴드라이트를 억제하게 됩니다.

이 기술은 BMW, 포드등과 전고체 배터리를 협력 개발하는 Solid Power를 통해 검증되고 있습니다.

현재 연구팀의 목표는 2026년 전까지 전고체 배터리에 본인들의 기술을 상용화하는 것입니다.

 

■ CATL, 베이징에 기가팩토리 건설

 

CATL은 중국 본토에서 증가하는 배터리 구동 자동차 수요를 충족시키기 위해 베이징에 첫 번째 공장을 건설할 예정입니다.

CATL의 공장은 베이징에 본사를 둔 전기차 스타트업인 Li Auto와 스마트폰 제조업체인 Xiaomi가 모두 새로운 모델 개발을 강화함에 따른 것입니다.

베이징시 경제계획기관인 베이징발전개혁위원회가 CATL이 올해 공장 건설을 시작할 예정이라고 밝혔지만 CATL은 논평을 거부했습니다.

 

■ Enpower Greentech, 73% 에너지밀도 증가한 팩 출시

 

미국 캘리포니아 산호세에 본사를 둔 Enpower Greentech은 Class1 급의 상업용 트럭을 위한 A샘플 단계의 배터리 팩을 출시했습니다.

이 배터리 팩은 자사가 개발한 반고체 배터리를 사용하였습니다. 이 팩은 72 kWh의 용량으로 미시간주 Ann Arbor에 있는 고객에게 배송되었는데 이전에 고객이 사용하던 배터리 팩은 110마일을 주행할 수 있었습니다. Enpower Greentech이 배송한 배터리 팩은 190마일을 주행가능하여 이전보다 73% 정도 주행거리를 향상했습니다.

이 배터리 팩은 작년 11월 초부터 생산에 들어갔습니다.

 

■ Amprius, 실리콘 음극을 사용한 Sicore 배터리 출시

 

나노실리콘 와이어 음극을 사용하는 배터리를 생산하는 Amprius는 새로운 제품인 Sicore제품군을 출시했습니다.

Sicore는 최대 400Wh/kg의 높은 에너지 밀도와 1200사이클의 긴 수명을 제공하도록 설계되었습니다.

Sicore 배터리는 현재 상용화된 배터리에 비해 항공모빌리티의 이동범위와 수명을 크게 개선한 획기적인 설계로  AALTO/Airbus, AeroVironment, BAE Systems, Teledyne FLIR, 미군등의 항공모빌리티를 전동화하려는 고객들에게 제공될 것입니다.

앰프리우스는 파트너인 버젤리우스와의 독점 공급 계약을 통해 미국, 캐나다, 멕시코에서 이 실리콘 음극재를 사용할 수 있는 독점권을 보유하고 있습니다. 기존 프리몬트의 공장은 SiMaxx배터리를 생산하고 있어서 최대 100Ah의 용량으로 제조 가능한 SiCore 배터리는 현재 다른 제조 파트너사를 통해 제조하고 있으며 2024년부터 공급할 수 있도록 준비 중입니다.

이후 콜로라도에 짓고 있는 기가팩토리가 완성되면 이 공장에서 SiCore 및 SiMaxx 배터리를 모두 생산할 계획입니다.

 

 ■ Quatumscape, Pouch와 각형을 결합한 FlexFrame셀 공개

 

전고체 배터리를 개발하는 Quantumscpe는 기존의 파우치 셀과 각형셀을 결합한 Flexframe배터리를 공개했습니다.

FlexFlame배터리는 젤리롤의 가장자리를 감싸는 프레임을 파우치 안쪽에 배치하고 외장재로는 파우치를 사용하고 있습니다. 이 셀은 Anode-free설계를 적용하게 됩니다.

 

FrameFlex셀의 충방전시 외형 변화

위 그림에서 보는 바와 같이 충전 전 셀 표면은 프레임 아래 약 1mm 아래에 위치하며 충전 시에는 극판 팽창으로 셀표면이 프레임과 거의 일치하게 됩니다.

 

Quantumscpe에 따르면 FlexFrame은 고속충전 시 발생하는 열을 셀 내부의 프레임을 통해 효과적으로 방출할 수 있으며 일반적으로 외부 압력을 가해야 성능을 발휘하는 일반적인 셀과 달리 외부 압력 유무에 상관없이 작동할 수 있다고 설명하고 있습니다. 제조방법 역시 기존 리튬이온 파우치 설비를 통해 제조 가능하다고 하며 에너지 밀도 역시 파우치 소재와 Low profile Frame을 통해 최소한으로 무게를 증가시켜 자사의 5Ah셀인 QSE-5에서 800Wh/L이상의 에너지 밀도를 제공할 것으로 예상하고 있습니다.

 

■ StoreDot, CTP플랫폼 I-beam XFC 공개

 

StoreDot은 자사의초고속충전 셀인 XFC를 이용하는 CTP플랫폼 I-beam XFC를 공개했습니다.

I-beam XFC은 에너지 밀도를 향상해 주행거리를 증가시키는 것을 목표로 하고 있지만 초고속 충전에도 중점을 두고 있습니다. I-beam XFC에는 5분 만에 100마일 충전이 가능한 100in5 셀기술을 사용합니다.

 

StoreDot 의  100in5 XFC 셀

무엇보다 기존 냉각 시스템과 달리 I-beam XFC는 각 셀의 구조에 냉각 시스템을 내장시켜 향상된 열관리 기능을 제공합니다. 이를 통해 국지적으로 온도가 증가하는 것을 방지하고 팩 전체에 균일한 온도를 유지하도록 하여 초고속 충전 시 초고전류를 사용할 수 있도록 합니다.

 

I-beam XFC팩의 쿨링 구조

 

자동차 OEM

■ Stellantis, Tiamat와 나트륨 이온 배터리 기술에 투자

 

Stellantis의 기업 벤처 펀드인 Stellantis Venture는 나트륨 이온 배터리 기술을 개발 및 상용화하고 있는 프랑스 기업 Tiamat에 전략적 투자자로 참여한다고 발표했습니다.

티아마트는 2023년 Stellantis 벤처상을 수상한 11개 우수 기술 스타트업 중 하나이며, 최근 나트륨 이온 기술을 전기 제품에 상용화한 세계 최초의 기업입니다.

Stellantis는 2030년까지 유럽에서 승용차 배터리 전기차(BEV) 판매 비중을 100%, 미국에서 승용차 및 대형 트럭 BEV 판매 비중을 50%로 달성하겠다는 'Dare Forward 2030' 전략을 추진 중이며 이러한 판매 목표를 달성하기 위해 Stellantis는 약 400 GWh의 배터리 용량을 확보하고 있습니다. Stellantis는 2038년까지 탄소 순배출 제로 기업이 되는 것을 목표로 하고 있으며, 이번 투자는 이런 전략의 일환입니다.

Stellantis는 Tiamat 외에도 2027년까지 전기차 원자재 공급을 확보하기 위해 전 세계적으로 주요 계약들을 체결하고 있습니다.

Stellantis는 Factorial energy와 함께 고체 배터리를 개발하고 있고, Lyten과는 리튬 황전지를, Tiamat와는 나트륨 이온전지를 개발하는데 투자하고 있습니다.

Tiamat은 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)에서 분사한 회사로 이번에 Stellantis Ventures가 참여한 이번 라운드 펀딩에서 조달한 자금으로 프랑스에 전동 공구 및 고정식 스토리지 애플리케이션용 나트륨 이온 배터리 공장을 우선 건설하고, 이후 BEV 애플리케이션용 2세대 제품 생산을 확대할 계획입니다.

 

■ VW, Blue Solutions과 전고체 배터리 공동개발 협의 중

 

VW은 전고체 배터리를 개발하기 위해 Quantumscape와 협력하고 있지만 개발이 지연되면서 VW은 전고체 배터리개발의 옵션을 넓히려는 시도를 하고 있습니다.

VW과 Quantumscape가 2018년에 체결한 개발 계약에 따르면 2025년까지 e-골프에 전고체배터리를 탑재하여 주행 거리를 750km로 두 배 이상 늘릴 수 있을 것으로 예상했지만 Quantumscape가 2022년 말 VW과 다른 잠재 고객에게 첫 번째 시제품을 출하한 후에도 양산하려면 기술적으로 더 많은 시간이 필요하다고 평가되었고 게다가 이 배터리는 순수한 고체 상태가 아니라 분리막으로 세라믹을 사용하고 액체 전해질을 사용한 제품이었습니다.

Quantumscape의 CEO는 프로토타입은 핵심 기능이 있다는 것을 보여주기 위한 것이지, 생산 과정에서 발생할 수 있는 모든 결함이 완전히 해결되었다는 것을 의미하지는 않는다고 밝혔으며 골드만 삭스는 이 제품을 양산하려면 2030년이나 돼야 가능할 것이라고 예상했습니다. Quantumscape가 지난해 10월 미국 증권거래위원회에 제출한 규제 신고서를 보면 2018년 폭스바겐과의 계약에서 예상한 상용화 일정표를 놓쳤으며, 따라서 VW이 원할 경우 합작 투자를 종료할 권리가 있다고 밝혔습니다.

VW은 이처럼 Quantumscape를 통한 전고체 배터리 개발이 지연되자 다른 방안을 모색하고 있습니다. 익명의 소식통에 따르면 VW과 Blue Solutions는 앞으로 몇 달 안에 공동개발 계약을 추진하고 있다고 합니다. 이에 대해 VW은 Quantumscape와의 협력이 순조롭게 진행 중이라고 밝히며 Blue Solutions와의 협력에 대해서는 논평을 거부했습니다.

프랑스 대기업인 Bolore의 계열사인 Blue Solutions은 이미 다임러에 전기버스용 전고체 배터리를 공급하고 있으며 승용차용 배터리는 현재 개발 중입니다.

Blute Solutions 대변인은 BMW와 승용차용 전고체 배터리 개발 계약을 체결했고 다른 회사와도 협의 중이라고 밝혔습니다.

Blute Solutions  은 4시간 걸리는 자사 전고체 배터리의 충전시간을 20분으로 줄이는 승용차용 배터리를 개발 중이며 기가팩토리를 건설해 2029년에 양산한다는 목표를 세우고 있습니다.

 

재활용

■ RecycLiCo – 재활용 배터리급 탄산리튬, LFP 배터리에서 성공적으로 테스트됨

 

리튬 이온 배터리 재활용 기술의 선구자인 RecycLiCo Battery Materials Inc은 자사가 재활용한 탄산 리튬을 사용하여 제조된 LFP배터리가 성공적으로 테스트되었다고 발표했습니다.

RecycLiCo의 재활용한 배터리등급 탄산리튬을 사용하여 제조된 LFP 배터리는 제조 및 셀 테스트를 포함한 여러 업계 표준 테스트를 거쳤으며 배터리 소재 회사에서 요구하는 사양을 충족 및 초과하여 자사의 재활용 제품의 배터리 등급 품질을 입증했다고 밝혔습니다.

 

 

출처: https://batteriesnews.com/