경기회복의 조짐이 보이고는 있지만 전반적으로 일본업체들의 설비 투자의욕 은 아직 위축되어 있는 상태다. 이런 가운데 전지업계에서는 소형2차 전지의 설비투자가 계속적으로 러시를 이루고 있다. 투자의 중심은 니켈 수소전지이지만 최근들어서 차세대형 "리튬이온전지"에 관심이 모아지고 있다.
소형2차전지에는니켈수소전지.리튬이온전지이외에 니카드전지. 납전지가 있다. PC를 비롯 헤드폰스테레오.무선전화.휴대전화.캠코더.소형전동 공구 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
이중리튬이온전지는 양극에 리튬이온산화물, 음극에 카본(탄소)을 사용한다. 충전시에는 리튬이온이 양극에서 음극으로 이동, 카본의 분자구조내로 들어간다. 방전시는 전자가 음극에서 양극으로 흐르기 때문에 리튬이온은 양극 으로 이동한다.
이리튬이온전지의 최대장점은 니카드전지에 비해 축적되는 에너지의 밀도가 체적당 2배, 중량당 약 1.5배로 크다는 점이다. 같은 에너지를 축적할 경우 체적면에서 3분의 2, 무게로 2분의 1정도 소형.경량화할 수 있다.
경량화할수 있다는 것은 전극이 가볍기 때문이며 소형화할 수 있는 것은 음극이 많은 전자를 축적하기 때문이다.
게다가리튬 이온전지는 반복해서 충전할 수 있는 횟수가 니카드전지나 니켈 수소전지의 2배인 1천회정도이고 충전후 방치해 두어도 방전량이 적다.
리튬이온전지에서는전해액과 전극이 화학반응을 일으키지 않는다. 양자간의 화학반응이 없으면 음극에 남은 전자가 손실돼 방전하는 비율이 낮아지고 화학반응의 반복에 따른 전해액이나 전극의 열화로 충전성능이 저하되는 것도막을 수 있다.
이런장점때문에 리튬이온전지는 휴대전화나 휴대형 서브노트북PC, PDA(휴대 형정보단말기), 캠코더 등의 소형.경량화를 추구하는 제품의 전원으로 적합 하다. 한 예로 샤프사는 지난달 발매한 캠코더 "액정뷰캄"의 최신기종에서 배터리 를 니카드전지에서 산요전기의 리튬이온전지로 교체, 배터리의 중량을 3백g 에서 1백50g으로 반감시켰다.
한편휴대기기에서는 1회의 충전으로 보다 장시간 사용할 수 있는 배터리가 요구된다. 그렇다고 배터리가 용량에 비례해 커진다든지 무거워져서는 의미 가 없다. 리튬이온전지라면 이러한 문제는 없다.
지난5월에 소니사가 발매한 휴대전화 "CM-H555"는 이의 대표적인 제품 이다. 전지의 크기를 거의 변화시키지 않고 1회의 충전으로 연속 통화 약 5시간 , 연속 대기시간 55시간으로 종래 제품의 거의 2배의 성능을 갖고 있다. 현재로서는 세계 최고의 성능이다.
도시바는대미수출용 서브노트북 PC "T3400"에 리튬이온전지를 채용했다. 니카드전지에서 최고 2시간인 사용시간이 6시간으로 3배나 신장됐다.
이와함께 리튬이온전지는 새로운 가능성을 제시하고 있다. 지난해 1월 통산 성의 주도로 "리튬전지전력저장기술연구조합"이 발족했는데 이 조합에는 전력중앙연구소.도시바.일본전지 등이 참가, 금년중에 본격적으로 전기 자동차 용 배터리나 가정용축전장치의 연구개발에 착수한다.
또유아사 코퍼레이션은 카드형 리튬이온전기를 개발중이다. 연말에 샘플을 출하할 예정인데 IC카드용으로 이미 두께 0.2mm의 전지를 시작했다. 이 제품 은 얇고 굽힐 수 있는 데다 용도나 용량에 대응해서 면적이나 두께를 변경할 수 있다. 원통형이나 각형 전지를 여러개 모아서 캐키지화하는 기존의 리튬 이온전지와는 달리 제품내부의 좁은 공간에 맞게 자유로이 형태를 변형.내장 할 수 있는 것이다.
리튬이온전지를 최초로 생산한 업체는 소니 에너지 텍으로 91년 7월. 이어 93년 4월 아사히화성과 도시바가 합작설립한 AT배터리가 생산 개시했다. 생산규모는 아직 작지만 이들 2개사가 최근까지 세계시장을 독점해 왔다.
그러나금년들어 대형전지업체 마쓰시타전지공업과 산요전기가 리튬이온전지 의 제조. 판매에 착수, 이 독점체제에 변화를 주고 있다. 일본전지, 유아사 코퍼레이션도 참여의사를 표명했다.
이밖에중견전지업체 후지전기화학 등 몇몇 업체들도 참여의 뜻을 이미 밝혔으며 전지생산과 무관했던 샤프도 리튬이온전지의 개발에 성공, 시장 참여를 엿보고 있다.
업체들의잇따른 참여와 함께 생산확대도 가속화되고 있다. 소니는 월산 50 만개의 생산규모를 금년말까지 1백50만개로, AT배터리도 현재의 40만개에서 가을부터 1백60만개로 늘린다.
마쓰시타전지나산요는 현재 10만-20만개인 생산규모를 연내 1백만개로, 내년에는 2백만개로 늘려나갈 계획이다.
기존업체들의증산과 업체들의 잇따른 신규참여로 올해가 리튬이온전지의 실질적인 생산원년으로 기록될 전망이며 시장규모도 올해를 기점으로 급속히 확대될 것으로 예상된다.
현재일반용 소형배터리의 세계시장규모는 약 3천4백억엔인데 소니는 2000년 에는 7천1백억엔에 이를 것으로 전망한다. 이중 리튬이온전지는 지난해의 52 억엔에서 2000년에 2천6백억엔으로 50배나 성장할 것으로 에측된다. 특히 앞서 양산을 개시, 고성장을 지속하고 있는 니켈수소전지를 97~98년에는 추월 , 2000년에는 시장규모가 니켈수소의 약 2배에 이를 전망이다.
여러가지면에서 매력적인 리튬이온전지지만 문제가 없는 것은 아니다. 최대의 약점은 가격이 높다는 것. 에너지용량(㎞)당 가격에서 니켈수소전지의 약2배나 된다. 이 때문에 용도는 소형.경량이나 장시간사용에만 주안점을 두고 가격이 높아져도 큰 부담을 주지 않는 일부의 첨단제품에 한정되고 있다.
따라서가격이 내려가지 않으면 리튬이온전지의 고성장도 "그림의 떡" 이 되어버리기 쉽다.
가격이높은 이유는 양산효과가 아직 나오지 않기 때문이다. 장치산업으로의 성격이 강한 전지는 생산량이 가격을 낮추는 최대요인이다.
양산효과는월산 1백만개를 넘었을 때부터 나온다. 니켈수소전지에서는 세계 시장의 90%를 장악하고 있는 대형 3개사가 최근 월 5백~6백개의 생산체제로 이행하고 있다. 리튬이온전지가 가격면에서 불리할 수 밖에 없는 상황이다.
게다가리튬이온전지는 안전대책의 일환으로 과방전이나 과충전을 제어 하는IC나 전자회로를 필요로 하는데 이 때문에 추가비용이 든다. 안전대책은 89 년 NTT가 휴대전화에 사용된 리튬금속전지의 발화사건이후 생겼다. 이 제어 회로때문에 전지본체의 가격이 약 10% 상승한다.
리튬이온전지는설비투자액도 크다. 월산 1백만개라인의 경우 니켈 수소의 2배나 되는 1백억엔정도의 투자가 필요하다. 전자의 이동에 관여하는 리튬이 온이 수분을 싫어하기 때문에 일부 공정에서는 습도를 사막보다도 낮은 20% 이하로 유지해야 한다.
고정밀도도요구된다. 일반적으로 원통형 전지에서는 장방형의 양극. 음극을 감아서 원통 내에 넣고 각형의 경우는 전극을 여러층 중첩하는데 리튬이온전지에서는 전극의 두께가 니켈수소의 4분의 1에 불과한 0.15mm로 얇아 가공시높은 정밀도가 요구된다.
이때문에 니카드전지의 제조라인을 전용할 수 있는 니켈 수소전지와는 달리 리튬이온전지는 새로운 제조라인을 필요로 한다. 이 점 역시 코스트상승으로 이어진다. 이같은 단점을 극복하기 위해서는 더욱 축전성능을 높여 에너지 용량당의 가격을 낮출 필요가 있다. 이런 면에서 저가의 전극재료나 전해액의 개발이 중요하다 다행히 리튬이온전지는 애초부터 개량될 여지를 많이 갖고 등장했다. 모든부품. 재료가 개량의 대상이다. 그만큼 연구결과에 따라 비약적으로 발전할 수 있는 가능성을 내재하고 있는 것이다.
이중특히 주목되는 것은 음극재료에 대한 연구. 음극의 카본은 결정도를 높여 흑연에 가깝게 하면 보다 많은 전기를 축적할 수 있다. 마쓰시타 전지나 산요는 이 방법으로 연구를 추진하고 있다.
역으로 결정도를 낮추는 방법도 시험되고 있다. 결정도가 낮아지면 서서히 축전성능도 떨어지는데 결정도가 일정 수치보다 낮아지면 축전용량이 다시높아진다. 소니는 이 방법에 주력하고 있다.
이와함께 저가 재료의 개발에서는 2-3년후를 목표로 양극에 포함되어 있는고가의 코발트를 니켈이나 망간으로 교체하는 연구가 추진되고 있다. 니켈을 사용하면 코발트에 비해 재료가격이 5분의 1, 망간을 사용하면 20분의 1이나낮아진다. 이밖에도 전해액이나 제어회로, 전극간에 끼우는 세퍼레이터 등의 제조 단가 를 낮추기 위한 연구도 추진되고 있다.
이같은기술력을 구사해서 얼마나 경비 절감효과를 거둘 수 있을 지 관심이모아진다.