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자동차/로봇 전고체 전지 시장 경쟁 - 도요타, 무라타제작소, TDK

  • 관리자 (irsglobal1)
  • 2021-04-14 13:26:00
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출처 : https://newswitch.jp/p/24873

 

<그림1> 무라타제작소는 표면 처리로 구현성을 높인다.

 

▣ 안전성ㆍ내구성을 추구하여 전환

 

자동차를 비롯하여 다양한 제품이 전기화되는 지금, 전지의 이용 범위가 넓어지고 있다. 그와 동시에 온도 등 이용 상황에 좌우되지 않는 안전성의 향상이 요구되고 있다. 최근 몇 년 사이, 전고체 전지의 보급이 기대를 받고 있다. 전자부품 회사가 노하우를 활용하여 잇따라 진출하고 있다. 새로운 성장의 열쇠가 될 수 있을까. 각사의 움직임을 따라가 보았다.

 

전고체 전지는 전류를 발생시키는 전해질을 액체에서 고체로 대체함으로써 발화 및 액체 누출의 우려가 없어 안전성이 높다. 더욱이 온도 범위가 넓고 내구성이 뛰어나다. 이로 인해 이용 범위가 넓어진다는 것이 큰 이점이다.

 

후지 경제에 따르면, 2018년 전고체 전지의 세계 시장은 24억엔 규모였으나, 2035년이면 2조 6772억 엔으로 확대될 것이라고 한다. 그중에서도 특히 가혹한 상황에서 이용되는 전기자동차(EV)의 동력으로 이용될 것이 기대되며, 자동차 회사는 대형 전고체 전지를 양산화하기 위해 개발하고 있다.

 

<그림2> 전고체 전지의 세계 시장 (단위: 조 엔)

 

이러한 움직임과 차별화하여, 전자부품 제조사들은 소형화와 대용량을 목표로 시장을 개척하고 있다. 2021년도까지 양산을 시작할 계획으로 준비하고 있다.

 

국제연합의 지속 가능한 개발목표(SDGs)나 ESG(환경ㆍ사회ㆍ기업 통치)가 정착하고 있는 상황에서, 환경에 대한 부담을 줄이는 것은, 이제는 비즈니스에서는 빼놓을 수 없는 키워드가 되었다. 높은 안전성과 긴 수명이라는 전고체 전지의 특징은 사고를 없애고 전기화를 통해 환경에 대한 부담을 줄이려 하는 세계적인 흐름에 비추어 보아도 보급될 것이 확실하다고 할 수 있다.

 

실제로 2021~2022년에 걸쳐 현재의 리튬이온 전지에서 전고체 전지로 전환하려는 움직임이 시작되어, 최종적으로는 모든 전지가 전고체 전지로 대체될 것이라 예상하는 전자부품 회사도 있다.

 

자동차나 스마트폰의 판매 동향 등 전자부품 업계는 외적인 요인에 따라 실적이 좌우된다. 그런 상황에서, 수요가 확대될 것으로 보이는 전고체 전지에 대한 기대는 높은 편이다. 각사가 소형화 및 대용량을 특징으로 삼고 있으며, 타깃 분야도 비슷하다. 어느 기업이 스타트를 끊고, 양산 체제를 갖추어, 점유율을 획득할 수 있을까. 그 경쟁의 불씨는 이미 지펴졌다.

 

▣ TDK, 표면실장형 양산

 

TDK는 다른 전자부품 회사보다 빨리 표면실장 부품(SMD)에 대응하는 ‘세라차지(CeraCharge)’를 2월부터 양산하고 있다. 한 달에 3만 개를 생산하고 있지만, 수주 상황에 따라 10만 개로 향상할 예정이다.

 

해당 제품은 세라믹 고체 전해질을 사용하므로, 액체 누출이나 폭발, 화재의 우려가 없다. 용량은 100 마이크로암페어(마이크로는 100만 분의 1임)로서 소형 납작전지와 같은 수준이다. 충/방전 사이클은 1000회 이상이다. 정격 전압은 1.5볼트이다. 작동이 가능한 온도 범위는 –20℃에서 80℃이다. 제품의 외형은 세로 4.4mm × 가로 2.0mm × 높이 1.1mm이다. 소형 적층 세라믹 콘덴서(MLCC)의 적층 기술을 응용하였다.

 

<그림3> 전고체 전지는 폭발ㆍ발화의 위험이 없다(TDK)

 

▣ 무라타 제작소, 로봇ㆍIoT를 위해 투입

 

무라타 제작소는 크기가 작고 용량이 큰 전고체 전지를, 2020년 하반기부터 시가현에 있는 공장에서 한 달에 10만 개씩 양산하기 시작하였다. 용량은 2밀리~25밀리암페어로서, 타사 제품의 100배에 달한다. 크기는 세로 5~10mm, 가로 5~10mm, 높이 2~6mm이며, 표면실장이 가능할 정도로 작다. 보청기나 로봇 등 위치 제어 기기나 공장에서 환경 데이터를 수집하는 IoT(사물 인터넷) 기기 등에 채용될 예정이다.

 

더욱이 현재, 용량이 지금보다 20~30% 더 큰 타입도 개발되고 있다. 장시간 이용을 전제로 하는 무선 이어폰용으로, 2021년 초에 양산을 시작할 계획이다.

 

동사는 2017년에 리튬이온 전지(LiB)를 세계 최초로 상품화한 소니의 전지 사업을 매수했다. MLCC 등을 통해 기른 고체 기기 기술과의 융합을 통해 2019년에 전고체 전지를 개발했다. 장기적으로는 ‘무선 충전 IC(집적회로) 등과 조합하여 모듈을 일체화하여 제공하고 싶다’고 한다.

 

▣ 맥셀, 고내열ㆍ긴 수명

 

맥셀은 10월부터 전지의 생산 거점인 오노 사업소(효고현 오노시)에 생산 설비를 증강했다. 2019년 9월부터 시범 출하를 시작하였으며, 2021년에는 본격적으로 양산할 예정이다.

 

동사의 전고체 전지는 크기가 작은 동전 형태이다. 고내열과 긴 수명을 가진 전지를 목표로 해 왔다. -50~125℃라는 폭넓은 온도에서 성능을 발휘한다. 현재 시범 출하하는 것은 지름 9.5mm × 높이 2.65mm 크기이다. 고체 전해질로는, 미츠이 금속과 협업하여 개발한 재료를 사용하고 있다.

 

웨어러블 기기나 공장 자동화(FA) 기기 등을 위한 용도를 상정하고 있다. ‘전고체 전지가 아니면 실현할 수 없는 시장을 만들어나갈 것’이라고 한다.

 

<그림4> 맥셀이 개발한 동전 형태의 전고체전지(1엔짜리 동전과의 비교컷)

 

▣ 다이요유덴, 소형화ㆍ대용량을 양립

 

다이요유덴의 전고체 전지는 2021년 중에 양산을 시작할 계획이다. 독자적인 산화물계 고체 전해질 세라믹을 사용하고 있어, 세퍼레이터가 불필요하다.

 

대기에 포함된 수분이나 이산화탄소(CO2)에 거의 반응하지 않으며, 전해액을 사용하지 않기 때문에 탈 일이 없다. ‘MLCC 적층 기술을 사용함으로써 소형화와 대용량을 실현했다’(담당자)고 한다.

 

독자적인 전해질 세라믹은 높은 수준의 드라이 룸 등 특수한 환경에서도 제조할 수 있다. 더욱이 MLCC의 제조 공정 기술을 활용하여, 고체 전해질의 막을 얇게 만들어, 소형화와 대용량화가 가능하다. 크기는 세로 4.5mm × 가로 3.2mm × 높이 3.2mm와 세로 1.0mm × 가로 0.5mm × 높이 0.5mm가 있다.

 

<그림5> 다이요유텐은 2021년 중에 전고체 전지를 양산할 예정

 

▣ FDK, 차세대 전지를 개발

 

FDK는 전고체 전지나 납 전지의 대체품으로서 니켈 아연 전지, 공기와 수소를 이용하는 수소 공기 이차전지와 같은 차세대 전지를 개발하고 있다.

 

현재 SMD에 대응하는 소형 전고체 전지를 2020년 안에 양산하기 위해 고사이 공장(시즈오카현 고사이시)에서 체제를 정비하고 있다. 2019년에는 시범 출하를 시작하였다. 2020년 중에는 월 30만 개, 2022년에는 월 200만 개 규모를 달성할 예정이다. 크기는 세로 4.5mm × 가로 3.3mm × 높이 1.6mm이다. 소형 전자부품 제조 방법을 채용하였다. 산업용 기기 및 IoT 기기용 전원으로서 사용될 전망이다.

 

▣ 자동차 업계, 도요타가 EV를 작동하는 데 성공함

 

도요타 자동차는 2020년대 전반기에 실용화할 목적으로, 전고체 전지를 개발하고 있다. 2011년에 도쿄 공업대학과 함께 양극과 음극 사이를 전기가 옮겨 다니기 쉬운 고체 전해질을 발견했다. 현재의 리튬이온 전지에 비해, 부피당 용량의 크기를 나타내는 에너지 밀도를 2배 이상 높일 수 있을 것으로 보인다. 실증실험에서는 도요타 자동차의 초소형 전기자동차(EV) ‘코무스’를 움직이는 데 성공했다.

 

물밑에서는 전지의 기간 부품인 ‘셀’을, 도요타와 파나소닉의 공동 출자 회사인 프라임 플라넷 에너지 & 솔루션즈(PPES)가 개발하고 있다. 여러 개의 셀을 접속하여 전지 팩으로 만드는 공정 등을 도요타에서 운용하고 있다. PPES의 고다 히로아키 사장은 ‘파나소닉과 도요타가 가진 생산 및 전지 기술을 높은 차원으로 융합시켜, 차세대 전지를 개발하고 있다’고 말한다. 앞으로는 용량 및 안전성의 향상은 물론, 재료 조달을 포함한 양산 프로세스를 구축하는 것이 상용화의 열쇠가 될 것 같다.

 

 
 
[2021 국내외 전기차(EV)ㆍ수소연료전지차(FCEV) 시장ㆍ사업화 전망과 핵심기술 개발전략] 보고서 상세보기
 
 
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