리튬 티타네이트 배터리

도시바의 SCiB(Super Charge ion Battery)

그리너지의 파우치형 LTO배터리

리튬 티타네이트 배터리(LTO, Lithuim Titanate battery, Li₄ti₅o₁₂，钛酸锂电池)는 양극 표면에 탄소 대신 리튬 티타네이트 산화물을 사용하는 변형된 리튬이온배터리이다. 탄소가 적용된 배터리보다 내구성이 높아 초급속 충전은 물론 저온 환경에서도 충전이 가능하며 6분 만에 용량의 80%까지 충전할 수 있다. 특히 최대 7천회의 충전 사이클을 진행해도 90% 이상의 용량을 유지할 정도로 수명이 긴 것으로 알려져 있다. LTO, LTO배터리, 리튬 티탄산 배터리라고도 한다.

도시바는 이 배터리를 SCiB(Super Charge ion Battery)로 명명하고 지난 2007년에 출시했으며 2008년 양산에 돌입했다. 이 배터리는 일본 미쓰비시가 지난 2009년에 출시한 순수전기차 iMiEV에 처음 사용됐다. 이후 일본의 마쯔다, 스즈키, 닛산, 미쓰비시가 판매하고 있는 친환경차를 비롯해 기차, 선박, 산업용 기기 등에 탑재됐으며 지난 2017년 성능이 개선된 차세대 배터리가 공개되기도 했다.

개요

LTO배터리는 현재 양산되는 2차 전지 가운데 가장 첨단 기술이 집약된 제품이다. 기존 전기차 노트북 등에 들어가는 리튬이온배터리는 저온에선 충·방전이 잘 안되고 급격한 온도 상승에 폭발하는 등 성능과 안전성에 문제가 있었다. 하지만 LTO배터리는 영하 30도에서도 충전이 가능하고 400도 이하의 온도에서는 불이 나지 않아 안정성이 높다. 또 출력 성능은 3배로 강해지고 충전시간은 10분의 1로 짧아졌으며 배터리 수명은 7배 길어졌다.

그리너지는 국내 유일한 LTO배터리 생산기업이자 세계에서 유일하게 설계가 자유로운 파우치형 LTO배터리 양산업체다. 세계 최대 LTO배터리업체인 일본 도시바도 파우치형LTO배터리는 아직 양산하지 못하고 있다. 그리너지는 LTO배터리 기술과 관련, 국내 특허 13개, 국제 특허 9개를 가지고 있다.

우진산전은 2016년 LTO 배터리를 장착한 전기버스를 공개하기도 했다. 삼성 갤럭시 노트10에서 최초로 리튬티타네이트 배터리가 탑재되기도 했다.

특징

LTO 배터리는 양극은 LIB처럼 삼원계를 사용하고 음극을 흑연이 아닌 티타네이트로 구성한다. 당연히 납축전지와 다르게 납과 황산을 사용하지 않아 친환경적이고 리튬을 사용해 가볍다. LTO배터리의 가장 큰 장점은 스피넬 구조를 이루고 있기 때문에 리튬 이온이 충/방전되는 과정에서 팽창과 수축을 반복하는 흑연과 다르게 부피 변화를 무시할 수 있는 Zero-Strain의 특성을 지니고 있어 안전하다는 점이다. 또한 높은 열 폭주 온도(400도 이상)로 인해 폭발 및 발화 위험도 상대적으로 적다. 높은 안정성으로 인해 기존의 리튬이온 배터리와 다르게 극도의 안정성이 필요한 군수, 철도, 항공, 조선 등의 분야에서 사용이 가능할 전망이다.

또한 리튬의 삽입 과정이 1.5V 근처에서 일어나기 때문에 SEI층을 형성하지 않아 온도에 매우 강하다. 안정성이 요구되는 시장과 추운 지방에서 사용되는 자동차, 트럭, 중장비, 철도, 요트 등 이동수단들에 LIB의 대안으로 사용이 가능하다. 다만 LTO의 구동 전압은 2.4V로 삼원계의 3.6V에 비해 낮아 에너지밀도 면에서 경쟁력이 떨어진다. 이로 인해 높은 에너지밀도가 필요한 BEV보다는 높은 충방전 성능이 요구되는 하이브리드 자동차와 출력과 긴 수명이 요구되는 상용차 중심으로 사용되고 있다.

리튬 티타네이트 배터리는 망간산리튬, 삼원계 소재 또는 인산철리튬 등 양극재와 2.4V 또는 1.9V를 구성할 수 있는 리튬이온 2차전지다.또한 양극으로도 사용되며 금속 리튬 또는 리튬합금 음극과 1.5V를 이루는 리튬 이차전지로도 사용될 수 있다. 리튬 티타네이트 배터리 높은 안정성, 긴 수명, 친환경적인 특성 때문에 가능했다.

리튬 티타네이트 배터리는 동작 전압 2.4V, 최고 전압 3.0V, 충전 전류는 2C(즉 배터리 용량 값의 2배 전류)보다 크다.

구성

• 양극: 리튬인산철, 리튬망간산 또는 삼원계 소재, 리튬 니켈망간산.
• 음극: 리튬 티타네이트 소재.
• 분리막: 탄소를 음극으로 하는 리튬배터리 분리막.
• 전해액: 탄소를 음극으로 하는 리튬전지 전해액.
• 전지 케이스: 탄소를 음극으로 하는 리튬 전지 케이스.

관련기업

• 도시바
• 그리너지
• ㈜GD (글로벌 디스플레이)

참고자료

• 〈钛酸锂电池〉, 《百度百科》
• 박상우 기자, 〈애플카에 도시바 배터리 탑재 유력. 내구성·충전속도 탁월한 리튬티탄산배터리 테스트 중〉, 《M투데이》, 2020-12-28
• 박태준 기자, 〈우진산전, LTO 배터리 단 전기버스 공개…완충까지 15분이면 OK〉, 《전자신문》, 2016-05-18
• 봉성창 기자, 〈'갤럭시 노트10' 테크니컬 리포트〉, 《비즈한국》, 2019-08-08

같이 보기

• 리튬
• 타이타늄
• 배터리
• 리튬이온배터리
• 리튬 티타늄 산화물

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