반고체전지(Semi-solid 배터리) 관련 회사 - 3 (Welion, Gangfeng, Gotion)

반고체전지 연구하는 나머지 업체들

WeLion, Gangfeng Lithium, Gotion, QingTao

Gangfeng은 리튬으로도 유명한 기업인데, 반고체전지를 연구한다고 하니 놀랐습니다.

오늘은 위의 세 개 업체를 봐볼게요.

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Welion

배터리 시스템: Hi-Ni NCM+ Pre-lithiation Si/C + oxide SSE
360Wh/kg이고,
'22년도 Q4에 NIO의 ET7에 탑재 (150 kWh)
SERES-5 (90 KWh · 530KM@WLTP) and BAC에도 탑재
Site: @Jiangsu 0.2 GWh/yr pilot line, @Huzhou 2 GWh/yr production line

Welion 배터리 제조방식

1. 분리막에 고체전해질층을 코팅하고, 양극에 고체전해질을 혼합
   : 현재 파우치 배터리 공정과 동일함에 따라 추가적인 생산 장비가 필요 없음
2. In-situ solidification : 전해질 겔화, 시간 (2~3시간)
   : solidification 과정을 UV 경화 방식을 사용하는 것으로 보임

Welion semi-solid 배터리 2.7 - 4.2 V 충방전 평가

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Welion Pouch Cell 평가

Welion에서는 고용량의 셀을 발표한 것이 특징입니다. 그중 몇 가지만 살펴보면 다음과 같습니다. 
구동 전압 : 2.75 ~ 4.2 V, 충전 온도 0 ~ 45 ℃ , 방전 온도 -20 ~ 55 ℃ 조건에서 각 결과입니다.

	22Ah cell	27Ah cell	30Ah cell
Specific Capacity (mAh/g)	73.6	76.1	73.7
Energy density (Wh/kg)	270	270	270
Max continuous charge current (A)	44	54	60
Max continuous discharge current (A)	110	135	150

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Welilon semi-solid 배터리 온도별 충방전 평가

중국어를 번역해 보면.. 
왼쪽부터, 1C, 상온 조건에서 1200사이클 진행했을 때 retention이 78.9%
중간은, -20도/25도 방전 시 retention이 83.48%
오른쪽은, A1 샘플을 0.2 C ~ 3 C까지의 다른 방전 C-rate 비교 결과입니다.

retention이 너무 낮은 게 아닌가 싶은데요,
물론 1C 조건이라는 것과 저온 및 상온 조건이라는
어려운 상황에서 측정한 것을 감안하면 가능성이 있어 보이기도 합니다.
보통 반고체전지는 고온에서 구동이 잘 되기 때문입니다.

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Gangfeng Lithium

이미 Dongfeng의 E70에 탑재된 Gen1 SSB 제품은 하이니켈 NCM | 산화물계 반고체전해질 | 흑연 시스템
Gen2 제품은 Li-metal을 사용해 에너지 밀도를 285Wh/kg에서 350Wh/kg으로 높였습니다.

SERES-5 모델에 사용될 것으로 예상되는 Gen2는 2023년 9월 뮌헨 모터쇼에서 공개되었습니다.
현재 gangfeng lithium의 라인업은 반고체전지 제품 4개, Li metal을 적용한 반고체전지 제품 2개, 반고체전지용 모듈 2개라고 합니다.
(왜 자꾸 반고체전지를 단순 solid-state battery라고 하는지.. 손바닥으로 하늘을 가릴 순 없죠)

Gangfeng Lithium 의 반고체전지 및 이를 탑재한 전기차 (E70 및 SERES-5)

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Gangfeng Lithium의 Gen1 및 Gen2 배터리의 스펙

Gen 1 배터리 : 왼쪽의 위, 오른쪽 사진 / Gen 2 배터리 : 왼쪽의 아래

차량용으로 개발되었기 때문에 다들 사이즈도 크고 용량도 큽니다.
보통의 전기차에 60 Ah 셀을 사용하는데, 130, 260 Ah면 셀을 많이 싣지 않아도 되겠네요.
확실히 부피 측면에서는 유리하겠습니다.
다만 셀의 구성이 어떻게 되냐에 따라 무게당 에너지밀도는 비교해야겠지요.

배터리	solid %	에너지밀도	사이클	전해질 종류	양극	음극	분리막
Gen 1	80%	260 Wh/kg <	2000 <	산화물계; LLZO	하이니켈 NCM	흑연	반고체전해질
Gen 2	90%	360 Wh/kg <	600 <	산화물계; LLZO	하이니켈 NCM	리튬이 포함된 음극	고체 분리막

Gen 2의 분리막의 설명을 solid separator라고 했는데
이것도 BTR의 coated separator와 마찬가지의 분리막으로 사료됩니다.

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그럼 Gangfeng Lithium 업체가 사용하는 산화물계 LLZO를 어떻게 만들까요?

사용하는 것은 LLZO로 합성방법은 분무건조와 고상법을 결합한 방식이라고 합니다.
이 방법을 통해 LLZO 전구체 혼합물을 분쇄하고 혼합하여 분무건조를 통해 구형의 미세한 형태를 갖는 전구체 혼합물을 얻은 후, 전구체를 소결 하여 다공성의 구형 LLZO을 얻을 수 있다고 합니다.
SEM을 보면 구형 형태의 입자 크기는 약 0.3 ~ 150 ㎛ (이는 스프레이를 통해 크기를 조절할 수 있다고 하네요.)
더욱이 양극에 LLZO를 코팅하거나 blending 해서 반고체전지에 적용하고 있는 것으로 파악됩니다.

Gangfeng Lithium 사의 LLZO SEM 이미지

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Gotion

배터리 시스템: 복합양극(NCM)+ 실리콘이 도핑된 흑연음극 + LATP를 코팅한 분리막 사용 알려졌고,
2022년에 발표된 이 배터리 셀은 360 Wh/kg의 에너지밀도를 구현할 수 있고,
HiPhi X 차량에 160 KWh pack에 탑재됐다고 합니다.
안전 테스트는 GB/T31485 못 관통 1mm, 0.1mm/s, 5mm, 25mm/s 통과,
그리고 과충전, 과방전, 단락 테스트 및 180℃ 조건(hot-box 테스트) 30분 모두 통과했다고 하네요. 

Gotion의 360 Wh/kg 반고체전지

Gotion의 Road map

목표	2022	2023	2024	2025	2026 <
시스템	반고체전지	전고체전지
Wh/l	680	700	700	750	800
Wh/kg	350	350	350	380	400
사이클	1000 회	800 회	800 회	800 회	800 회
양극	NCM (Ni 80~88%)	NCM (Ni 83~90%)	NCM (Ni 85~90%)	NCM (Ni 90%)	Li-rich, sulfide (복합)
음극	silica carbon + 흑연	silica carbon + 흑연	silica carbon + 흑연	SEI 개질 리튬 복합 음극	SEI 개질 리튬 복합 음극
전해질	반고체전해질 (in-situ solidification)	반고체전해질 (in-situ solidification)	고체전해질	고체전해질	고체전해질

로드맵을 봤을 때 사이클 수가 점차 낮아지는 건 어떤 이유에서 이렇게 잡았을까 라는 의문이 드는데,
니켈의 함량은 계속 올릴 건데, 아마 silica carbon이 포함된 음극에 대한 자신감이 좀 없는 걸까 라는 생각도 듭니다.

그리고 '26년의 양극에 sulfide를 도입하겠다는 걸로 봐서 Gotion도 결국 황화물계 전고체전지로 가겠다고 추론해 봅니다. 

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QingTao

배터리 시스템: Hi-Ni NCM + Lithium metal anode + oxide SSE이고,
368 Wh/kg에 1200 cycles 이상 구현
'20년도 Q4에 Nezha U and SAIC Demo-car에 탑재
Site: Yichun 1 GWh/yr, Kunshan 10 GWh/yr production line

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다음 시간에는..

이번 시간에는 반고체전지를 연구하고 전기차에 탑재까지 한 나머지 업체들에 대해서 알아보았습니다.

이전 글들은 아래 링크를 참고해 주세요~
1편 : CATL 및 NIO
2편 : BTR

반고체전지(Semi-solid 배터리) 관련 중국 업체 - 1 (CATL, NIO)

반고체전지(Semi-solid 배터리) 관련 중국 업체 - 2 (BTR)

우리나라는 언제쯤 반고체전지를 탑재한 전기차가 나올까요..?

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