일본 리튬-황 배터리 연구 업체, GS YUASA
도요타는 특허 분석 위주로
일본도 LSB 연구를 하고 있습니다만
한국과 비슷하게 활발하게 하고 있지 않습니다.
오늘은 GS YUASA의 LSB 제품에 대해 간략하게 보고,
도요타는 어떠한 특허를 가지고 있는지 살펴보겠습니다.
GS YUASA 리튬-황 배터리(LSB) 개발
전해질 쪽으로 특화되어 있는 GS YUASA는
20 Ah 용량의, 300 Wh/kg급 LSB 시제품 공개한 이력이 있습니다.
더욱이 '21년 11월에 일본 신에너지-산업기술종합개발기구 (NEDO)가 추진하는
첨단 항공기 시스템 상용화 프로젝트에서
400 Wh/kg 급 리튬-황 배터리 (LSB) 시연을 성공시켰습니다.
이 프로젝트에서 GS YUASA는 전극 및 전해액에 대한 셀 기술과
모듈/팩의 경량화 개발까지 담당했죠.
GS Yuasa Achieves R&D Milestone in NEDO Advanced Aircraft System Commercialization Project –Successful demonstration of 400W
News releases distributed by GS YUASA
www.gs-yuasa.com
이러한 GS YUASA는 간사이 대학과 함께
비닐렌 카보네이트와 플루오로에틸렌 카보네이트를 혼합한 전해질을 사용하고
메조다공성 탄소-황 음극을 사용하여 전극 계면을 안정화하여 리튬-황 배터리 성능을 향상시켰습니다.
'23년 10월에는 이러한 연구결과로 스웨덴에서 개최된 ECS meeting에 참여하여
carbonate계 전해질 및 메조 기공 탄소-황 양극을 적용한 결과를 발표하기도 했습니다.
현재는, 실용화를 위한 차세대 항공시스템 연구개발 프로젝트 수행하고 있습니다.
'22년에 GS YUASA에서 발간한 짧은 report 첨부해 드리겠습니다. 참고하세요.
GS YUASA에서는 황화물계 고체 전해질 연구를 통한 전고체전지 연구도 수행 중인데,
GS YUASA는 halide 계와 Li3N을 도입한 고체 전해질을 사용하지만, (아래의 자료 확인해 보세요)
중국이 최근에 발표한 LSB + ASSB 컨셉과 비슷할 듯합니다.
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. 삼성SDI
wearethebattery.tistory.com
도요타 리튬-황 배터리(LSB) 특허
1. 특허명칭 : Electrolyte compositions for batteries using sulphur or sulphur compounds
출원번호 : 2022-124252
공개번호 : 2024-021430
패밀리특허 : CN117525553A | JP2024-021430A | US2024-0047735A1
향상 효과 : 고용량 리튬-황 배터리
내용을 들여다보면,
- 두 개 층의 전해질로 구성 : 제1 전해질층은 수소화물 고체전해질로 Li+와 H+를 포함하는 착이온을 가지며, 제2 전해질층은 제1전해질층의 수소화물 고체 전해질과는 다른 전해질을 포함
- 착이온은, H, B 및 C를 포함
- 제 2 전해질층 측의 표면 면적이 제1전해질층 측의 표면 면적보다 큼
- 양극의 측면이 제1 전해질층에 의해 덮여있는 형태
- 제 2 전해질층이, 황화물 고체 전해질을 포함하며, 황화물 고체 전해질은 Li, P, S 및 할로겐을 포함
2. 특허명칭 : 발명의 명칭 전고체 리튬황 전지용 양극
출원번호 : 2021-063627
공개번호 : 2022-158610
패밀리특허 : JP7416007B2 | US2022-0320492A1
향상 효과 : 전자 및 이온전도 path 단락 억제 및 방전용량 향상
내용을 들여다보면,
- 황과 탄소 나노튜브와 P2S5와 Li2S-P2S5계 고체 전해질을 포함하는 양극 합제를 사용, 황과 탄소나노튜브(CNT)와 P2S5와는 복합체를 형성하고 양극 합제에서의 탄소 나노튜브의 함유량이 ~20 wt% 이하
- S-CNT-P2S5 복합체는 황과 CNT가 복합화하고 있기 때문에, 충방전 시 황의 팽창 수축으로 인한 전자전도 패스의 절단을 억제
- P2S5는 황의 방전 생성물인 Li2S와의 접촉에 의해 활물질 부근의 이온 전도 패스를 확보
- 양극에 함유되는 Li2S-P2S5계 고체 전해질에 의해, 장거리의 이온 전도 패스를 확보
다음 시간에는..
오늘은 리튬-황 배터리(LSB)를 연구하는 일본 기업의 기술에 대해서 알아보았습니다.
일본은 배터리 셀 소재업체인 GS YUASA와 전통 OEM인 도요타가 대표적입니다.
한국 OEM인 현기차는 안 하고 있으려나..? (특허 한번 간단하게 알아보겠습니다.)
다음 글은 북미, 유럽에서는 어떻게 하고 있는지 알아보도록 하겠습니다.
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