빅브라더's 업무창고

국내 연구진 덴드라이트 성장 방지용 첨가제 개발 현재 전기차의 적용되고 있는 리튬이온전지의 음극재는 흑연을 주원료로 사용합니다. 채굴의 용이성으로 단가가 저렴하기 때문에 경제성은 있지만 에너지 밀도가 낮은 충분한 양의 리튬이온을 품기에는 부족하다는 단점이 있습니다. 이를 보완하기 위해 고려하고 있는 것은 실리콘 대체재 인데 이 역시도 과도기적인 수준이며 궁극적인 목표는 리튬금속 음극재의 개발이라고 할 수 있습니다. 리튬 금속 음극재를 개발하는데 있어 가장 큰 걸림돌로 작용하는 것이 바로 나뭇가지처럼 배터리 내부에서 뾰족하게 잘하는 현장인 '침상의 리튬' 즉 덴드라이트에 따른 안정성 저하 문제입니다. 카이스트와 충남대 공동연구팀이 덴드라이트를 억제할 수 있는 이온성액체 첨가물을 개발했다고 하여 화제가 되고 있습니다. 이 첨가제는 분자구조가 대칭성을 띠면서 리튬의 덴드라이트 성장을 억제하여 배터리의 성능과 화재 등의 위험성으로부터 보호할 수 있다고 합니다. 리튬이온이 침상 덴드라이트에 달라 붙지 못하도록 균일한 리튬층을 유도하여 덴드라이트의 성장을 예방합니다. 실제 첨가제를 리튬금속배터리에 넣어 사용한 결과 성능이 3배 정도 높아지는 것으로 확인되었습니다. 궁극적으로 리튬 이온의 치명적인 단점인 화재 발생의 리스크를 낮출 수 있다는 면에서 상당한 의미가 있다고 하겠습니다. 

배터리 핵심 재료 투자에 집중하는 SK  SK머터리얼즈는 지난달부터 경북 상주에 실리콘 음극재 주원료인 실란(SiH4)를 생산하는 공장을 건설 중에 있습니다. 이 투자는 미국의 실리콘 음극재 회사인 '그룹 14테크놀로지'와 합작법인을 설립하고 22년 내 완공을 목표로 진행 중에 있습니다.  SK머터리얼즈 상주공장은 올해 말 생산을 시작으로 2025년까지 추가 증설을 통해 연간 1만톤 규모의 음극재를 생산할 계획이라고 합니다.  SK그룹은 반도체 이후 가장 기대되는 사업을 배터리사업 꼽고 있으며 배터리 셀 생산 뿐만 아니라 배터리 소재 전반에 걸치 투자를 통해 수직계열화를 염두해 두고 있습니다. 배터리 소재사업에 대한 투자를 위해 위에서 언급한 음극재 외에 중국 '베이징 이스프링'과 합작사를 통해서 양극재 시장의 문도 두드리고 있습니다.  베이징 이스프링은 삼원계 배터리용 양극재를 생산하는 양극재 시장에서 알아주는 글로벌 기업중 한 곳입니다. 특히 하이니켈 단결정 양극재 개발.양산분야에서 글로벌  최고수준의 기술력을 확보한 것으로 알려져 있습니다.  SK와 이스프링은 합작사를 통해서 삼원계 배터리용 양극재 및 현재 가장 널리 사용되는 리튬인산철(LFP) 배터리용 양극재까지 생산한다는 기본 전략을 세운 상태입니다. 게다가 국내 합자사(JV)뿐 아니라 이를 발판으로 유럽시장을 목표로하는 추가 합작사를 설립할 예정입니다. 현재 이스프링이 핀란드에서 건설중인 양극재 생산공장에 지분을 확보하여 글로벌 협력체계를 구축한다는 방침이며, 계획대로 진행될 경우 핀란드 공장에서 생산되는 양극재는 2024년 볼 수 있을 전망입니다.  아직 구체적인 인수 비중은 정해지지 않았으나, 30% 수준을 넘지 않을 것으로 예상되며, 향후 미국시장을 감안한 투자도 점쳐지고 있습니다.  SK 온 배터리 생산용 설비 투자 시작  SK온은 이미 헝가리에 3공장 건설을 확정한 상태이며, 중국의 옌청에 4공장 설립까지 염두해...

  그래핀 코팅으로 실리콘 사용이 좀 더 자유로워질까?   한국전기연구원이 개발한 리튬 이온전지 음극재 제조기술이 주목받고 있습니다. 리튬 이온 전지는 음극재 와 양극재 분리막으로 구성되는데, 음극재 소재로 흑연만 사용되다 최근 실리콘이 크게 주목 받고 있습니다   음극재 대량 제조기술은 KERI 전기재료연구본부 소속의 나노융합연구센터 이건웅·정승열 박사팀, 차세대전지연구센터 김익준·양선혜 박사팀이 공동으로 개발하였습니다.  이들은 10년 이상 그래핀 연구에 매진해 왔으며, 특화된 산화·환원 공정을 기반으로 높은 결정성과 전기 전도성을 가지는 ‘산화/환원 그래핀(GO, rGO)’ 제조기술을 개발했다고 밝혔습니다. 이를 효과적으로 분산해 다른 물질과의 결합을 용이하게 할 수 있는 고농도 페이스트 형태의 ‘그래핀 수계 분산 기술’도 함께 개발하여 기 존 리튬이차전지용 활물질 제조공정과 접목시켜 상용화까지 이어질 수 있는 대량제조 공정기술까지 확보한 것입니다. 실리콘-그래핀 복합 음극재 분말 <출처: 한국전기연구원>   실리콘은 흑연보다 에너지 밀도가 10배나 높고, 충전 속도가 빠르지만  충전 과정에서 부피가 커지고 입자가 부서지는 단점 으로 음극재 재료로 5% 정도만 사용되는 한계가 있습니다. 이 문제 해결을 위해 흑연의 표면층을 한겹만 벗겨낸 그래핀으로 실리콘을 코팅을 하였습니다. 그래핀을 다른 물질과 결합이 쉽도록 액체나 공도 페이스트 상태로도 만들어 실리콘 첨가량을 20%까지 올린 겁니다. 저렴한 실리콘도 쓸 수 있어 가격 경쟁력도 높이고 전기차의 주행거리 또한 20% 가량 늘릴 수 있습니다.   전 세계 실리콘음극재 시장은 해마다 70% 이상 성장할 것으로 전망되고 있습니다. 전기 연구원은 시제품을 제작해 국내외 특허등록을 마쳤고 최근 한 소재 기업에 관련 기술을 11억원에 이전한 상태입니다.  ▲ 실리콘/그래핀 복합 음극재 기반 시제품 ‘파우치형 풀 셀(Full Cell)’...