대용량 리튬 이온 배터리 공동 개발

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-03-04

리튬 이온 배터리는 소형, 경량, 대출력 등의 특성으로 인해 휴대 전화나 PC용은 물론 최근에는 자동차나 산업용 등 다양한 용도를 위한 개발이 가속되고 있다. 특히 자동차용 리튬 이온 배터리의 대용량화나 양산화의 움직임은 산업용으로도 리튬 이온 배터리가 크게 보급될 소지가 있음을 시사하고 있다. 산업용 축전지 수요의 대부분은 정치용 사양이며, 현재는 납축전지가 주류이다. 그 중에서도 정보 통신 분야는 IT기기의 소비 전력이 증대되는 경향에 있어, 그러한 장치의 정전 대책으로 사용되는 축전지도 차츰 대형화하고 있다. 도시지역에서는 대형 축전지를 설치하는 공간의 확보가 곤란해짐에 따라, 리튬 이온 배터리의 특징인 공간절약화에 대한 요청이 더욱 더 높아지고 있다. 또, 리튬 이온 배터리가 플로트 사양으로 사용되는 경우, 상시 만충전 상태로 사용되기 때문에, 충전 장치 고장에 의한 과충전 등의 리스크가 높고 열 폭주에 대한 안전 대책이 필요해 난연화는 필수 기술이다. 이번에는 이러한 요청에 대응해 공간절약은 물론 안전성도 뛰어난 장수명의 거치형 플로트 사양 리튬 이온 배터리를 개발했다. NTT Facilities社는 100년 이상에 걸쳐 IT, 에너지, 건축 융합 기술로 일본의 통신 산업을 이끌어온 종합 엔지니어링 서비스 회사이다. 건축 설계 감리나 건물 유지 관리 및 전력 설비 설계 업무 등 이외에 NTT 그룹을 시작으로 데이터 센터, 방송국, 금융업 등 여러 고객의 전원 시스템이나 납축전지 등의 감시, 보수 업무에 종사하고 있다. 또, 공동 개발을 진행시키는데 있어서 NTT Facilities의 그룹사인 주식회사 NTT Facilities 종합 연구소가 리튬 이온 배터리에 대한 노하우를 보유하고 있어 난연화 및 안전성 평가를 실시했다. NTT Facilities는 항상 최첨단의 기술을 주시해 오면서 리튬 이온 배터리의 정치용 도입의 필요성을 검토하고 있었다. 신코베 전기는 1992년 NEDO 기술개발 기구의 사업에 참가하면서 대형 리튬 이온 배터리의 개발에 착수했다. 그리고, 자동차 용도로 2000년부터 리튬 이온 배터리를 사업화해 2004년부터는 히타치 그룹의 리튬 이온 배터리 제조 합작회사인 Hitachi Vehicle Energy 주식회사의 참가를 통해 대형 리튬 이온 배터리의 개발에 주력해 왔다. 이번에 NTT Facilities가 가지는 전원 시스템의 보수 운용 실적 및 노하우와 신코베 전기의 축전지 기술을 융합해 플로트 사양 리튬 이온 배터리 개발을 공동으로 실시해 왔다. 그 결과, 대용량 플로트 사양 리튬 이온 배터리를 실현하는데 있어서 핵심인 난연화 및 장기 수명화 기술을 확립했다. 거치형 플로트 사양은 항상 만충전 상태로 사용되어 다수의 대용량 전지를 실내에서 사용하기 때문에 난연화가 최대 중요 과제가 된다. 이번에 난연 첨가제를 더해도 수명에 영향을 주지 않는 전기분해액을 개발했다. 개발한 전기분해액에 의해 난연규격인 UL94－V0 상당을 달성할 수 있었다. 또한, 난연박막층 형성 기술의 확립에 의해 난연전극을 개발했다. 개발한 전기분해액과 전극에 의해 전지 온도가 계속 상승했을 경우에도 전극의 연소 억제 효과 및 열 폭주 억제 효과를 확인할 수 있었다. IT장치의 수명은 10년 정도로 생각할 수 있기 때문에 거치형 플로트 사양은 전지의 유지보수시에 부하에 영향을 미치는 리스크를 피하기 위해, 10년 이상의 수명이 바람직하다. 기존의 리튬 이온 배터리는 충방전을 되풀이하는 사용이 많아 충전을 장기간 계속하는 플로트 사양의 수명 검토가 불충분했지만, 전지의 열화 메커니즘을 상세하게 해석해 기존 3년에서 수명을 10년으로 연장이 가능하게 되었다. 본 개발품은 NTT 그룹을 시작으로 데이터 센터, 방송국, 금융업 등 다수의 고객이 현재 운용 중인 높은 신뢰성이 요구되는 IT기기용 전원 시스템용으로 도입되는 것을 목적으로 한 것이다. 향후에는 급전 시스템의 고신뢰, 고효율, 비용절약화를 향한 고전압 직류 급전방식(HVDC)에 적용하는 것도 시야에 넣고 있다. NTT 그룹에서는 2010년부터 도입을 계획하고 있으며, 공간절약화의 요구가 높은 도시지역에대한 도입 효과가 클 것으로 기대하고 있다. 또, 신코베전기는 NTT Facilities와 공동 개발한 기술에 의해 비상 조명등 정전시의 백업 용도로도 적극적 전개를 예정하고 있다. 아울러 향후의 대용량 리튬 이온 배터리의 시장 확대에 대비해 개발 기술자와 설비를 증강해 산업용도의 수요에 대응해 나갈 생각이다.