관련 통계자료 다운로드 노트북PC용 리튬이온 전지 물량과 리콜 대수
아침에 자명종 알람소리에 일어나 전동칫솔로 이를 닦고 전기면도기로 수염을 자른다. 손목시계를 보며 급히 집을 나선 출근 길에는 MP3플레이어로 음악이나 영어회화를 듣고 휴대폰으로 하루 일정을 확인한다.
세계 어느 나라에서도 있을 법한 광경이지만 이는 모두 ‘전지’ 없이 불가능하다. 디지털 세상은 곧 전지 세상이다. 전지는 우리 생활에 없어서는 안될 전력원으로 확고히 자리잡았다.
TV·에어컨·컴포넌트·DVD플레이어 등 한 가정당 평균 10개 이상의 전지가 리모컨 용도로 사용된다. 노트북PC에는 3∼6개, 하이브리드 자동차에는 무려 100개가 넘는 전지가 장착된다.
각종 모바일 기기의 비약적인 성능 향상을 지탱하기 위해 재사용이 가능한 2차전지도 날로 고성능화됐다. 다량의 전기량을 축적할 수 있어 ‘전지의 왕’이라 불리는 리튬이온전지가 그 대표적인 예다.
지난해 이 리튬이온전지로 인한 발열·발화 등 안전사고가 세계 IT업계를 강타했다. 산요전기·소니 등 부동의 1·2위 업체들이 리콜로 휘청거렸다. 일본은 세계 리튬이온전지 시장의 60% 이상을 장악하고 있다. 지난 2005년 일본에서 생산된 전지는 금액으로 6741억엔이었고 이 중 리튬이온전지가 41%나 차지했다.
사고의 발단은 미국 컴퓨터 업체인 델의 노트북PC에 장착된 소니제 리튬이온전지에서부터.
발화사고로 인해 8월 델이 전 세계에서 판매 중인 노트북PC 410만대를 자체 리콜키로 했다. 소니는 처음에는 델의 충전 시스템에 문제가 있었다고 발끈했지만 다른 PC업체의 소니제 리튬이온전지에서도 발화사고가 발생하며 모든 책임을 져야만 했다. 결국 소니는 약 510억엔의 거액을 투입해 약 960만개의 리튬이온전지를 회수한다고 발표했다.
노트북PC뿐만 아니라 휴대폰에서도 리튬이온전지로 인한 사고가 잇따랐다. 12월에는 일본 NTT도코모가 미쓰비시제 휴대폰 전지 일부에서 이상 발열 및 파열이 발생해 130만개를 회수한다고 밝혔다.
이밖에 전동이륜차에서도 전지 사고가 발생했다. 야마하 발동기의 전동이륜차에 장착된 히타치제 리튬이온전지가 발화돼 야마하 측이 약 3400대의 전동 이륜차를 리콜했다.
전지는 디지털 기기를 움직이는 편리한 동력원이지만 만약 사고가 있을 경우 ‘폭탄’과 같은 위험한 존재다. 아직까지 인명사고로까지 이어진 경우는 없지만 비행기 등 밀실에서 모바일 기기가 발화한다면 대형 참사마저 우려된다.
사정이 이러하자 세계 IT업계는 지금까지 전지 시장을 장악해온 일본 업체에 비판의 수위를 높이고 있다. 전지의 안전성이 확보되지 않으면 현재의 모바일 사회가 뿌리째 흔들린다는 이유에서다.
사고 원인에 대해 소니와 산요전기는 제조 공정의 실수로 전지 내부에 접촉 불량이 발생했다고 설명했다. 그러나 전문가들은 전지 대용량화 과정에서 안전성이 확보되지 않은 것이 보다 근본적인 원인이라고 지적한다. 휴대폰이나 노트북PC를 한 번의 충전으로 보다 장시간 사용하기 위해서 전지 용량을 비약적으로 높인데 따른 부작용이라는 분석이다. 실제 1회 충전에 따른 노트북PC 사용시간은 10년 전의 약 두 배로 증가했다.
미국소비자제품안전위원회(CPSC)에 따르면 전지 용량이 높아지면서 리콜 건수가 크게 늘었다. 노트북PC용 전지의 용량 주류가 2.2A였던 2003년까지는 리콜이 적었지만 2.4A(0.2A 증가하면 PC 사용시간이 2시간 늘어나는 것으로 조사)로 증가한 2004년부터 리콜 건수가 급증했다. 2.6A로 된 지난해에는 리콜량이 700만개를 넘어섰다.
비록 리콜은 급증했지만 용량이나 원가 등에서 리튬이온전지는 여전히 우위를 보여 그 기대 또한 높다. 휴대폰으로 지상파 디지털 방송을 시청하거나 최근 보급되고 있는 하이브리드 자동차에서도 연비와 출력 향상의 ‘열쇠’는 리튬이온전지가 쥐고 있다.
로봇이나 풍력발전기, 태양전지에도 리튬이온전지는 안정적인 동력원으로 기대를 모으고 있지만 상용화를 위해서는 대용량과 안전을 양립시켜야 하는 과제가 남아 있다.
일본에서는 설계 변경과 기업 간 제휴를 통해 리튬이온전지의 새로운 안전기술을 확립하려는 움직임이 시작됐다. 지난해 말 마쓰시타전지공업은 새로운 안전대책을 담은 신형 전지의 본격적인 양산을 발표했다. 이 전지의 최대 특징은 내부에 이물질이 들어가더라도 이상 발열 및 발화를 하지 않는다는 점이다.
회사 측은 지금까지 이물질 차단 대책으로 전지재료내 이물질 대책과 공장내 클린화 등을 추진했다. 이물질이 들어갔을 경우에는 강도 높은 세퍼레터(전지의 격리판)나 열 안전성 높은 재료로 방어하게 된다.
또한 근본적으로는 설계변경에 착수, 부극판 표면에 절연성금속산화물(CMOS)에서 생성되는 내열층을 새롭게 구성했다. 이 내열층은 1000도 이상의 내열성을 지녀 발열 및 발화를 사전에 차단하게 된다. 이 전지의 전기용량은 2.9A로 업계 최고 수준이다. 이미 마쓰시타전기산업·소니·후지쯔 등 일 노트북 제조사들에게 공급을 개시했다.
◆완성차업계, 전지개발 우리가 주도한다
리튬이온전지가 디지털 가전 이외 자동차 용도로 확산되면서 일본의 완성차 업계가 개발 전선에 속속 뛰어 들었다. 하이브리드 자동차를 세계 최초로 상용한 도요타자동차 등은 전지업체와 긴밀한 제휴를 통해 자동차에 장착되는 리튬이온전지를 개발, 안전성에도 역점을 두고 있다.
도요타자동차는 지난 1996년 마쓰시타그룹과 공동 설립한 ‘파나소닉EV에너지’를 2005년에 완전 자회사로 편입시켰다. 지금까지 하이브리드 자동차용 니켈수소전지를 공급해 왔지만 2008년 전후에는 리튬이온전지도 공급할 계획이다. 전기자동차의 경우 90년대부터 리튬이온전지를 장착했지만 시험차량에 불과하다.
지난해 12월 닛산자동차는 자동차용 전지개발을 골자로 한 2010년까지의 ‘중기환경행동계획’을 발표했다. 계획에서는 리튬이온전지의 개발·생산·판매 회사를 전지업체와 공동으로 설립키로 했는데 파트너로는 NEC가 유력하다.
닛산의 야마시타 미치히코 부사장은 “자동차는 고온에서 저온까지 전지 사용 환경이 매우 다양해 전지업체와의 긴밀한 제휴가 필요하다”고 밝혔다.
쓰바루 브랜드를 생산하는 후지중공업도 닛산보다 앞서 NEC와 공동으로 전지를 개발해 왔다. 이 회사 고토 가즈오 상무는 “공동 개발로 전지가 얼마나 위험한 지를 경험했기 때문에 리스크 관리를 철저히 하고 있다”며 “만일 전지에서 연기가 날 경우 차내 연기를 방지하는 장치도 개발했다”고 소개했다.
미쓰비시자동차는 리튬이온전지 개발업체 ‘릿셀’에 투자했다. 처음에는 TDK와 같이 출자했지만 지분율을 80%까지 끌어올렸다. 이 회사 MIEV추진실의 요시다 노리아키 실장은 “개발 단계에서 전지업체의 기술자와 같이 전지의 특성을 이해하지 않으면 안전성을 높일 수 없다”고 강조했다.
◆마쓰시타전지공업 기술 개발 사례
마쓰시타그룹의 전지 자회사인 마쓰시타전지공업은 지난해 12월 새로운 안전기술을 장착한 신형 리튬이온전지를 개발, 본격 양산에 들어갔다. 생산과 더불어 사용 재료 및 설계 구조 등 기술 노하우까지를 공개해 주목받고 있다.
마쓰시타는 지금까지 각 업체들이 고성능화 경쟁에만 열을 올린 것과는 달리 안전성에 역점을 둔 신 전지 개발이 향후 시장의 대세라고 앞서 판단했다.
이 회사는 지난 2001년 자사 리튬이온전지가 접촉 불량으로 무려 26만대의 노트북PC가 리콜된 것을 계기로 기술 개발의 방향을 안전 위주로 잡았다.
당시 그룹 사장이던 나카무라 구니오 CEO 역시 안전기술 개발에 나설 것을 지시했다. 이후 2003년부터 3년 동안 신형 전지를 개발해 지난해 말 양산화까지 성공했다.
마쓰시타의 연구 개발비는 절반 정도가 안전기술 개발에 할애된다. 재료 선택에서 조립까지 검토 항목도 수 백개이지만 심혈을 기울인 만큼 발화나 발열 사고가 전무하다. 산요나 소니가 만든 전지가 잇따라 사고를 일으킨 것과 대조적이다.
이 회사 곤도 마시토시 사장은 “우리 제품은 이제 안전성이라는 새로운 부가가치를 얻어냈다”고 밝혔다.
현재 이 회사 노트북PC·휴대폰 등에서 리튬이온전지 수요가 왕성해짐에 따라 2차전지 생산에 박차를 가하고 있다. 2005년 이 회사 국내 생산 제품의 판매액 중 2차전지가 56%를 차지한다.
명승욱기자@전자신문, swmay@