도요타, 무라타제, TDK가 주목하는 전고체전지! 벌써 점유율 쟁탈전(전고체전지동향)

 

전고체전지는 안전성과 내구성이 좋다?

자동차를 시작으로 다양한 제품으로 전동화가 진행되는 가운데, 전지의 이용 범위가 퍼지고 있다.

그 것과 동시에 요구되는 것이 온도 등 이용 상황에 좌우되지 않는 안전성의 향상이다.

거기서 최근 몇년간 상품화로 기대되고 있는 것이 전고체 전지.

전자부품 업체들이 자신들의 노하우를 활용해 속속 뛰어들고 있다.

새로운 성장을 위한 히든 카드가 될 것인가.

각사(일본)의 동향을 기자들이 알아 보았다.
(편집위원 마츠자와 사에, 나고야 편집위원 나가츠카 타카히로)

전고체 전지는 전류를 발생시키는 전해질이 액체에서 고체로 바뀌면서 발화나 누액의 위험이 없어지므로 안전성이 향상된다.

온도 범위가 넓어 내구성이 뛰어나며 이들에 의해 이용 범위가 확대되는 등 많은 장점이 전망된다.

후지 경제(도쿄도 츄오구)에 의하면 전고체 전지의 세계 시장은 2018년의 24억엔에 비해서 35년 후 에는 2조6772억엔로 확대될 것으로 예상한다.

그 중에서도 극한 상황에서 이용되는 전기자동차 (EV)의 동력으로서의 이용이 기대되어 자동차 메이커등이 대형의 전고체 전지를 양산화를 향해서 개발하고 있다.

 

이러한 움직임과 차별화 하기위해 전자부품 메이커 각사는 소형이면서 대용량을 키워드로 시장 개척을 추진.

2021년도까지 양산을 개시할 계획으로 준비를 진행하고 있다.

유엔의 지속가능한 개발목표(SDGs)와 ESG(환경·사회·기업통치)가 정착되는 가운데 '환경오염 감소'는 이제 비즈니스에 필수적인 키워드가 되었다.

안전성 과 내구성이라는 전고체전지의 특징은 사고 감소와 전동화에 의한 환경오염 감소 등 세상의 흐름만 봐도 보급은 확실한 것처럼 보인다.

실제로 2021~2022년 현재의 리튬이온전지에서 전고체전지로 대체되기 시작했으며, 최종적으로는 모두 전고체전지로 전환될 것으로 예상하는 전자부품 업체도 있다.

자동차나 스마트폰 판매 동향 등 전자부품 업계는 외적인 요인으로 실적이 좌우되기 쉽다.

그런 가운데, 수요 확대를 전망할 수 있는 전고체 전지에대한 기대는 높다.

각사가 소형이면서 대용량을 특징으로 하는 목표 분야도 비슷하다.

누가 선두로 치고나가 양산 체제를 구축해 시장을 먹느냐하는 치킨게임은 이제 시작되었다.

TDK의 표면 실장형 양산체제

 

TDK는 다른 전자부품업체보다 한발 앞서서 표면실장부품(SMD)을 지원하는 세라차지를 2월부터 양산하고 있다.

월생산 3만 개이지만 수주 상황에 따라 10만 개로 끌어올릴 예정.

이 제품은 세라믹 고체 전해질을 사용해 누수나 폭발의 화재 우려가 없다.

용량은 100 마이크로암페어시(마이크로는 100만분의 1)로 소형의 버튼 전지와 동등한 정도.

충방전 사이클은 1000회 이상을 실현했다.

정격 전압은 1.5볼트.

동작할 수 있는 온도 범위는 마이너스 20도-플러스 80도C.

제품 외형은 세로 4·4밀리×가로 3·0밀리×높이 1·1밀리미터.

소형의 적층 세라믹 콘덴서(MLCC)의 적층 기술을 응용하고 있다.

전고체 전지는 폭발 및 화재의 우려가 없다 (TDK)

 

무라타제 기업 로봇과 IoT용에 적용

 

무라타 제작소는 소형이면서 고용량의 전고체 전지를 20년도 하반기부터 시가현의 공장에서 월생산 10만개의 양산을 개시한다.

용량은 2밀리-25밀리암페어시로 타사 개발품보다 100배 정도의 고용량.

사이즈는 세로 5-10mm, 가로 5-10mm,높이 2-6mm로 표면 실장 가능한 소형 사이즈.

보청기나 로봇용등의 위치 제어 기기나 공장등에서 환경 데이터를 수집하는 IoT(사물의 인터넷) 기기 등에도 적용될 예정.

게다가 현재 용량이 시중보다 20-30%높은 타입의 개발을 진행시키고 있다.

장시간 이용을 전제로 한 무선 이어폰용으로 빠르면 2021년에는 양산을 검토한다.

이 회사는 2017년 리튬이온전지(LiB)를 세계 최초로 상품화한 소니의 전지 사업을 인수했다.

MLCC 등에서 축적한 고체 디바이스 기술과의 융합으로 19년에 전고체 전지를 개발했다.

장기적으로는 '무선 충전 IC(집적회로)등과 적용해 모듈을 일체화해서 제공하고 싶다'고 한다.

맥셀기업의 고내열과 긴 수명의 전고체전지

 

 

맥셀(도쿄도 미나토구, 나카무라 케이지 사장)은, 10월부터 전지의 생산 거점인 오노 사업소(효고현 오노시)에 생산 설비를 증강했다.

19년 9월부터 샘플 출하를 개시하고 있으며, 21년 내에는 본격적으로 양산할 예정.

맥셀사의 전고체 전지는 소형으로 동전형.

고내열과 긴 수명의 전지를 목표로 했다.

-50~125°C로 폭넓은 온도 영역에서 성능을 발휘한다.

현재, 샘플 출하하는 것은 직경 9.5mm×높이 2.65mm라고 하는 사이즈.

고체 전해질에는 미츠이 금속과 협업해 개발한 재료를 사용하고 있다.

웨어러블 기기나 공장자동화(FA)기기 등에 용도를 상정한다.

'전고체 전지가 아니면 실현되지 않는 시장을 만들어 간다'(에너지 사업 본부)고 하고 있다.

맥셀이 개발한 동전 모양 전고체 전지(1엔 동전 비교)

 

태양유전기업의 소형 및 대용량 양립

태양유전기업의 전고체 전지는 2021년도내에 양산화를 목표로 하고 있다.

독자적인 산화물계 고체 전해질 세라믹을 사용하여 분리막 등이 불필요함.

대기에 포함되는 수분이나 이산화탄소(CO2)에 거의 반응하지 않고, 전해액을 사용하지 않기 때문에 타지도 않는다.

'MLCC의 적층 기술을 사용하는 것으로 소형화와 대용량화를 실현했다'(담당자)라고 한다.

독자적인 전해질 세라믹은 고준위 드라이룸 등 특수한 환경이 아니더라도 제조할 수 있다.

게다가 MLCC의 제조 공정 기술을 전용해 고체 전해질의 박막화나 다층화를 실현하여 소형화와 대용량화가 가능하다.

사이즈는 세로 4.5×가로3.2mm×높이 3·2mm와 1.0× 0 .1mm× 높이0.5mm가 있다.

태양유전기업은 2021년도 중에 전고체전지 양산계획

 

FDK기업의 차세대 전지 개발 동향

FDK는 전고체 전지나 납전지의 대체로서 니켈 아연 전지, 공기와 수소를 이용한 수소 공기 2차 전지와 같은 차세대 전지 개발을 진행하고 있다.

현재 SMD 대응의 소형 전고체 전지를 20년도내의 양산화를 목표로 코사이 공장(시즈오카현 코니시시)에서 체제 정비를 진행시키고 있다.

19년에는 샘플 출하를 개시했다.

20년도중에는 월생산 30만개, 22년도에는 200만개 규모로 생산 할 예정.

사이즈는 세로 4.5×가로 3.2mm×높이 1.6mm.

소형 전자 부품의 제조 방법을 채용했다.

산업용 기기나 IoT 기기용 전원 등에서의 사용을 예상하고 있다.

자동차업계 도요타의 EV작동 성공

 

도요타 자동차는 20년대 전반의 실용화를 목표로 하여, 전고체 전지의 개발을 진행시키고 있다.

11년에 토쿄 공업대학과 공동으로, 양극과 음극의 사이를 전기가 왕래하기 쉬운 고체 전해질을 발견.

현재의 리튬이온전지에 비해 부피당 용량 크기를 나타내는 에너지 밀도를 2배 이상으로 높일 수 있다 는 것이다.

실증 실험에서는 토요타 차체제의 초소형 전기 자동차(EV) '코무스'를 움직이는 것에 성공했다.

물밑에서는 전지의 기간 부품인 '셀'의 개발을 위해 토요타와 파나소닉의 공동출자 회사인 프라임 플라넷 에너지&솔루션즈(PPES, 도쿄도 츄오구)가 담당.

복수의 셀을 연결해 전지 팩으로 하는 공정등을 토요타 본사가 다루고 있다.

PPES의 요시다 히로아키 사장은 '파나소닉과 토요타가 가지는 생산이나 전지의 기술을 높은 차원에서 융합시켜, 차세대 전지의 개발에 임하고 있다'라고 이야기한다.

고용량화나 안전성 향상은 물론 향후에는 재료 공급을 포함한 양산 프로세스 구축이 실용화의 열쇠가 될 것 같다고 말한다.

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