ASSB : 중국의 황화물계 전고체배터리 '26년 양산 발표

중국과학원, 전고체전지 적층 공정문제 해결..?

전고체배터리 양산 준비 들어가..

중국 정부 산하 국책 연구기관인 중국 과학원에서 전기차 용 전고체 배터리를 개발했다고 발표했습니다.
삼성 SDI는 '27년부터 양산할 거라 발표했었는데..
과연 어떨까요?

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적층 공정 문제 해결 했다고?

기사에서..
칭다오 생물에너지연구소의 첨단에너지 저장 재료 및 기술연구그룹이
황화물 전고체 배터리 적층 공정 문제를 해결했다고 밝혔습니다.

전고체전지를 전기차용으로 사용하기 위해서는 제조 공정의 난제가 있습니다. 그게 바로 적층 공정인 것이죠.

그렇다면, 중국의 이번 발표에 대해 확인이 필요하겠죠?
확인 결과, '논문에서는 적층에 관한 정보는 찾아볼 수 없었다'입니다.. ^^
(혹시나 찾으신 분이 계시면 댓글로 알려주세요!)

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논문 분석

그래도 어떤 기술인지 논문을 살펴보도록 하겠습니다.
논문은 ACS Applied Materials & Interfaces 저널의 Enhancing Ionic Conductivity and Electrochemical Stability of Li3PS4 via Zn, F Co-Doping for All-Solid-State Li−S Batteries입니다.

저자는?

저자는.. CA가 Jianfei Wu입니다. 이력을 알아보면 다음과 같습니다.
현재는 칭다오 Industrial Energy Storage Research Institute와 칭다오 Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology에서 재직 중이고,
동경공대에서 2000년에 전기화학으로 박사학위 받고, ENAX, JEOL에서 근무하다가 '00~'09년까지 한국 삼성전기에서 근무를 했었네요. 

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논문

논문을 뜯어보면 황화물 전해질 설계 및 리튬 음극 계면 안정성에 관한 연구를 수행했습니다.
(참고로 양극은 '85Li2S-15CuI + VGCF + 고체전해질' 사용했어요, 즉 전고체 리튬-황 배터리입니다. LSB + ASSB 시스템)

Zn, F이 동시에 도핑된 고체 전해질을 개발한 것이 중요 포인트로 보입니다.
(듀얼 도핑법은 많이 사용하고 있는 방법입니다.)
합성법은 아래 그림을 참고하시면 되겠습니다.

Enhancing Ionic Conductivity and Electrochemical Stability of Li3PS4 via Zn, F Co-Doping for All-Solid-State Li-S Batteries. Yuan Gao et al.

실온에서 1.23 x 10^-3 S/cm의 이온 전도도와 9.8 kJ/mol의 낮은 활성화 에너지(Ea)를 갖네요.

Enhancing Ionic Conductivity and Electrochemical Stability of Li3PS4 via Zn, F Co-Doping for All-Solid-State Li-S Batteries. Yuan Gao et al.

논문에서는 이러한 두 가지 도핑으로 인해 리튬 이온 이동이 촉진된다고 설명하고 있습니다.

Cross-section SEM images and EDS mapping

또한, F 도핑을 통해 전해질과 Li 메탈(음극) 사이에 LiF가 풍부한 계면층이 형성되어
리튬 덴드라이트에 좀 더 버티는 성질을 갖게 되는데,

Li/LPZSF/Li 대칭형 셀에서 최대 임계 전류 밀도(CCD)가 1 mA/cm^2의 결과를 보입니다.
LPS에 비해 안정한 사이클링을 보여주네요.
(LPZSF = Li3.04 P0.96 Zn0.04 S3.92 F0.08)

Enhancing Ionic Conductivity and Electrochemical Stability of Li3PS4 via Zn, F Co-Doping for All-Solid-State Li-S Batteries. Yuan Gao et al.

마지막으로, 0.05C 및 실온 조건에서 1295.7 mAh/g의 초기 방전 용량을 보이고
이 셀은 2 C-rate의 높은 속도에서 600 사이클 이상 동안 70.5%의 retention을 보여
Li3PS4 대비해서 괄목할만한 성능향상을 이뤄냈습니다.

Enhancing Ionic Conductivity and Electrochemical Stability of Li3PS4 via Zn, F Co-Doping for All-Solid-State Li-S Batteries. Yuan Gao et al.

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양산은..?

기사에서..
20Ah 황화물 전고체 배터리 몰딩 생산라인 구축을 준비하고 있으며,
전후방 협력업체와 기술 개발 및 검증 중에 있다고 합니다.
이를 통해 '26년까지 황화물 전고체 배터리 세계 최초 양산이 목표라 합니다.

위의 얘기는
삼성 SDI 보다 1년을 앞서겠다는 말인데..
SDI는 셀 제작할 때 WIP 방식을 사용했었죠.
이 논문에서는 500 MPa cold press만 했다고 나와 있습니다.
근데, 몰드의 직경이 10 mm 짜리를 사용했으니..
이 논문만으로는 상용화 가능성과 양산성을 찾아보기 어렵다는 판단입니다.
물론 중요한 핵심 기술이니 논문으로 발표하지 않는 것을 선택했을 수도 있습니다.

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결론은

전고체배터리의 중요 포인트인 적층에 대한 얘기는 논문에서 찾을 수 없었습니다.
다만 기사에서 20 Ah 전지 몰딩 생산라인을 깔고 있다고 하니..
적층에 대한 자신감이 있다 정도로 봐야 하지 않을까 싶습니다.

전고체전지의 양산이 굉장히 중요한 이슈라는 건 다들 아실 겁니다.
중국이 이렇게 기사까지 낼 정도로 자신이 있었다면,
적층에 대한 내용을 논문에도 같이 실었다면 참 좋았을 텐데 ^^
그러지 않았다는 게 참 아쉽습니다~
(삼성 SDI가 무음극 + Ag/C 를 발표한 논문은 크게 화재가 되었었죠)

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다음 시간에는..

이번 글에서는 중국이 ‘26년에 전고체전지를 상용화하겠다고 해서 바로 논문을 찾아 분석했습니다.

과연 어떻게 될지..
중국은 정부 주도로 연구가 활발히 이뤄지고 있습니다.
중국 특성상 먼저 상용화하고, 실패를 통해 단점 보완을 해 나간다면
개발 속도가 한국보다 빠를 거 같습니다.

전고체전지까지 중국이 먼저 해버리면 한국은 뭐가 남을까요..?
follower가 되는 형국이 되지 않을까 우려스럽니다.

이 논문에서 연구한 배터리 시스템인 리튬-황배터리(LSB)랑 전고체전지(ASSB)를 융합한 것인데
더 자세한 사항은 아래 글을 참고해 주세요~

리튬-황 배터리(LSB) : 고체전해질 적용 feat. 난 비행기(UAM)에 들어갈 수 있어

읽어주셔서 감사합니다.
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