주식 지식 창고

전기차 시장 성장으로 2차 전지 소재의 종효 성이 커지고 있는 가운데 차세대 음극재로 '실리콘 음극재'가 부상하고 있습니다. 

실리콘 음극재란?

2차 전지에서 기존 흑연 음극재에 실리콘을 호합 한 것으로 배터리의 에너지 밀도를 높이면 서고 충전 시간을 절반으로 단축시켜주는 효과가 있어 차세대 배터리에 핵심소재로 꼽히고 있습니다. 

흑연 음극재에 실리콘을 혼합하면 리튬이온을 더 많이 저장할 수 있고 에너지 밀도가 높아지고 충전시간도 단축됩니다.

리튬이온을 더많이 저장함으로써 부피가 팽장하는 문제가 발생하게 되는데 이문제는 도전 재인 탄소 나노튜브(CNT)로 어느 정도 해결할 수 있습니다. 

차세대 배터리 소재로 꼽히는 실리콘 음극재는 현제 전기차 배터리에 주로 쓰이는 흑연 음극재보다 주행거리가 길고, 충전시간이 짧은 것이 강점이며, 가볍고 부피도 작아 모바일 기기 난 태블릿 PC, 드론 같은 소형 항곡기에도 적용이 가능합니다. 

음극재의 역할

음극재는 리튬이온 저장하는 역할을 합니다. 리튬 이온읠 보급하는 양극재 용량 확대에 따라 음극재도 늘어야 합니다. 

이론산 흑연 계열 음극제는 1g당 용량 한계가 370mAh내외 이며, 이를 실리콘 계열 물질로 대체하면 1g당 용량을 1500mAh까지 끌어 올실수 있습니다. 

배터리 용량을 기존보다 4배가량 늘릴 수 있는 것입니다. 

실리콘 음극재는 또 리뉴 닝온을 받아들이는 속도도 빨라 충전시간 단축하며 부풀림(스웰링) 현상과 배터리 수명 단축이 단점이었으나 이를 개선하는 기술이 등장하면서 상용화되기 시작한 것입니다. 

단 실리콘만 사용해 음극재를 제조할 수 없고 흑연에 약 5~10%의 실리콘을 첨가하며, 점차 비율을 높이는 쪽으로 기술 개발이 이뤄지고 있습니다. 

세계 최초 실리콘 음극재

-2019년 폭스바겐 그룹/ 전기 스포츠카 '포르셰 타이칸' 배터리 탑재

이 실리콘 음극재는 대주전자재료가 공급했습니다. 배터리는 LG에너지 설루션(당시 LG화학)이 만들었습니다. 타이칸을 통해 실리콘 음극재의 성능이 확인되면서 더욱 각광받기 시작, 차세대 음극재로 실리콘 음극재 확보에 뛰어드는 모습입니다.

실리콘 음극재는 전기차 배터리 용략 및 충전 시간 개선에 유리한 것으로 평가되면서 이 소재를 확보하려는 경쟁이 심화되고 있는 양상입니다.

대 주전 잔 재료는 LG와 협력 확대 및 글로벌 전기차 업체로부터 러브콜을 받고 있습니다.

국내 대표적인 음극재 업체인 포스코 케미컬도 실리콘 음극재 개발을 추진 중입니다. 

포스코 케미컬 관련 내용은 다음 시간에 다루도록 하겠습니다. 이외 FIC 신소재, 에너 베이트, 네오 배터리 등도 실리콘 음극재 시장에 도전한다는 소식입니다. 

SK머티리얼즈 75% 그룹 25% 지분 한국에 마련

SK머티리얼즈는 미국의 음극소재 기업 그룹 14 테크놀로지 와 합작하여 -SK머티리얼즈 그룹 14를 설립하였습니다. 

지분 관계는 SK머티리얼즈가 75%, 그룹 14가 25%입니다. 

SK 머 티리얼즈는 604억 원을 투자할 계획이고 합작사는 국내에 마련하기로 결정하였습니다. 반도체 디스플레 소재를 만들던 SK 머티얼즈가 배터리 소재 사업에 진출하는 것은 이번이 처음입니다. 회사가 새로운 사업소재로 실리콘 음극재를 선택한 것은 실리콘 음극재가 전기차 배터리 시장에서 핵심 소재로 부상하고 있기 때문으로 풀이되고 있습니다. 

단 실리콘만 사용해 음극재를 제조할 수 없고 흑연에 약 5~10%의 실리콘을 첨가하며, 점차 비율을 높이는 쪽으로 기술 개발이 이뤄지고 있습니다. 

그룹 14에 대하여 

2015년 설립돼 배터리 소재사로 알려졌습니다. 실리콘 음극재 관련 기술 및 특허를 보유한 곳입니다. 

구체적으로 실리콘 (Si)-탄소(c) 복합 구조화 기술 확보. 같은 그룹에 속한 SK이노베이션이 전기차 배터리를 생산하는 만큼, 양사 간 시너지를 도모하려는 전략으로 풀이하고 있습니다. 2023년 약산 목표이고 생산능력은 2,000톤을 계획하고 있습니다. 

SK머티리얼즈 +그룹 14 실리콘 음극재 생산기지 건설

SK 머티리얼즈가 차세 배터리 소재로 주목받는 실리콘 음극재 생산기기 건설합니다. 

다음 달 경북 상주에 1 공장을 건설에 창수해 내년 상업 생산에 나설 계획이고 향후 추가 증설로 생산능력을 계속 늘려 차세대 배터리 소재 시장을 선점한다는 방침을 새웠습니다. 

SK머티리얼즈 그룹 14는 투자 협정서에 관한 양해각서(MOU)를 체결하고 

총 투자금액은 8,500억 원이며, SK머티리얼즈 그룹 14(가칭) 5,500억 원을 부담하고 공장설립부지 매입 3,000억 원 투자 예정입니다. 

SK머티리얼스 향후 계획

- 실리콘 음극재는 부피 뱅 창으로 인한 수명 감소가 단점으로 지적되지만 SK 머티리얼즈 그룹 14는 다공성 탄소 지지체 내 실리고 증착으로 이 문제를 해결했다고 강조함. 

-이를 통해 충, 방전 용량 및 초기 효율, 수명을 획기적으로 개선했다는 설명. 현재 배터리 재조사와 전기차 가전, IT업체 등 30여 개 고객으로 평가받고 있으며 내년 이후 양산하는 물량 논의 중입니다. 

-시장조사업체 SNE 리서치에 따르면 실리콘 음극재 시장은 2025년까지 연평균 약 70% 성장하고, 2030년에는 약 20만 톤 이상 수요가 급장 할 것으로 예상했습니다. 

SK머티리얼즈는 향후 SK(주)배터리 사업방향과 연계해 고부가 양극재 및 고기능 음극재 부재료인 탄소 나노튜브(CNT) 도전재, 바인더, 첨가제 등으로 사업 영역을 확정할 계획입니다. 

.