원문 (https://www.sisunnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=218196)
날짜: 2024년 11월 21일, 출처: 시선 뉴스
다보링크가 특화된 기술을 보유한 국내 기업들과 협력해 차세대 이차전지의 핵심 소재로 주목받고 있는 ‘실리콘 음극재’ 사업에 진출할 예정이라고 21일 밝혔다.
다보링크 관계자는 "전기자 이차전지에 사용되는 실리콘 음극재의 사용량도 급속도로 늘고 있다. 실리콘 음극재는 2023년 1만 톤에서 2035년에는 28.5만 톤까지 늘어날 것으로 전망된다."며 "이러한 흐름에 맞춰, 다보링크는 ▲나노 크기의 실리콘 입자 ▲그래핀 ▲탄소나노섬유 복합 프레임을 통해 음극재의 부피 팽창 문제를 해결하고, 전기차의 주행거리와 충전 속도를 개선할 계획이다."라고 전했다.
박성규 다보링크 사내이사 후보자는 "현재 전기차 배터리에 사용되는 흑연 음극재는 에너지밀도와 충전 속도를 향상시키는 데 한계가 있다. 이에 흑연 대비 에너지밀도가 10배 이상 높은 실리콘이 대체재로 등극했으나, 실리콘은 리튬이온 흡수 과정에서 4~5배 부피가 팽창하면서 구조가 파괴돼 안정성이 떨어진다는 난점이 있었다. 그래서 현재는 5% 정도만 첨가하는 수준이다."라며 "이러한 문제를 해결하기 위해 타 업체와의 협력을 통해 최소량의 바인더와 도전재로도 전극을 제조할 수 있는 기술을 개발했다."라고 설명했다.
20일 다보링크는 본사 대회의실에서 열린 신규사업 IR 설명회에서 “국내 한 기업이 대학, 전문 연구기관과 함께 나노 크기 실리콘 입자, 그래핀, 탄소나노섬유의 3분 복합 프레임을 활용해 실리콘 함량을 높여도 부피 팽창을 제어할 수 있는 기술(cell test 100 싸이클 충방전 후에도 충방전 효율이 99% 이상 유지)을 개발했다”며 “이를 통해 전기차의 수명과 충전시간, 주행거리(5~10분 충전, 1,300km 주행)를 획기적으로 개선할 수 있는 결과까지 이미 확보했다."며 “국내 한 기업은 올해 초 이 기술과 관련해 S사와 NDA를 체결하고 KETI와 업무협의를 진행하고 있다. 또한, 상용화를 위한 다양한 샘플 테스트도 진행 중이다. 최소량의 바인더를 사용하고 도전재가 필요 없는 전극 재료를 사용하기에 제조 원가도 크게 절감할 수 있다.”라고 강조했다.
이어 “이미 이 기술을 가지고 국내 유수의 셀메이커(배터리 제조사)와 NDA를 맺고 테스트를 진행 중이며, 대구경북과학기술원 등 전문 기관으로부터 기술에 대한 검증도 받은 상태다. 기술이 상용화되면 국내 및 세계 실리콘 음극재 시장을 선도하고 동시에 이차전지의 성능도 크게 개선될 것으로 기대한다."며 "다보링크는 26일 임시주주총회를 열고 전문가의 선임과 이차전지 소재 생산 및 판매 등을 추가하는 정관을 변경해 주주들의 동의를 얻을 계획이다."라고 말했다.
요약
1. (주) 다보링크는 나노 실리콘/그래핀/탄소나노섬유(CNF) 복합 음극재를 중심으로 실리콘 음극재 사업에 진출할 예정이다.
2. 다보링크 관계자의 말에 따르면, 이 소재는 100 사이클 충·방전 후에도 쿨롱 효율이 99% 이상이다.
3. 다보링크는 S사와 NDA(비밀유지협약)를 맺고 KETI와 업무협의를 진행하고 있다.
4. 다보링크는 DGIST에서 이 소재에 대한 검증을 받은 상태이다.
다보링크는 어떻게 하다가 실리콘 음극재 사업을 시작했을까?
다보링크란 회사를 처음 들어봐서 어떤 기업인지 찾아보니 무선 통신 단말장치 관련 업체이다. 홈페이지 상에서는 실리콘 음극재 분야에 대한 내용이 나와있지 않았다. 그런데, 어떻게 하다가 꽤 전문적인 실리콘 음극재 소재 연구·개발을 하게 됐는지 궁금하다. 인프라가 어느 정도 갖춰져 있어야 하고 연구 개발에 최소 몇 년은 필요할 텐데 그 배경에 관심이 간다. 신규사업설명회 발표를 진행한 박성규 다보링크 사내이사 후보자는 에코프로, LG화학기술연구소 등을 거친 2차 전지 음극재 전문가이며 이 사업을 총괄한다고 한다. 추측건대, 이 분의 역량이나 인맥을 활용하였기 때문에 현재 다보링크의 실리콘 음극재 기술력까지 오지 않았을까 싶다.
다보링크의 실리콘 음극재 특성
위 그림에서 소재의 정보를 확인할 수 있다. 시료 명에서 추측컨데, 샘플 1은 나노 실리콘을 질소가 도핑된 환원 그래핀 산화물(N-doped reduced graphene oxide)과 탄소 나노 섬유(CNF)로 감싼 형태이다. 샘플 2는 천연 흑연과 탄소 표면에 나노실리콘과 탄소 나노섬유가 얽혀있는 형태로 추측한다. NG는 Natural Graphite(천연 흑연)으로 추정한다.
위 이미지는 2021년 Scientific Reports에 발표된 이창섭 교수의 논문 'Characteristics and electrochemical performances of silicon/carbon nanofiber/graphene composite films as anode materials for binder-free lithium-ion batteries'에서 발췌한 것이다. 개인적으로 다보링크의 샘플 1은 이 논문의 콘셉트와 어느 정도 유사해 보인다. 나노 실리콘 입자를 전도성이 있는 탄소 나노 섬유와 rGO로 감싸 부피 팽창 억제효과까지 기대할 수 있다. 다보링크는 그냥 rGO가 아니라 질소 도핑까지 추가 진행해 전도성을 더 높이려고 의도한 것으로 보인다. 참고로, 보통 질소 도핑의 방법으로는 암모니아 가스를 흘려주며 열처리 하거나 멜라민 또는 요소(urea)와 같은 질소 전구체를 함께 섞어 열처리하는 방식으로 진행한다.
위 이미지는 2018년 RSC advances에 발표된 논문'Walnut-structure Si-G/C materials with high coulombic efficiency for long-life lithium ion batteries' 에서 발췌한 이미지이다. 샘플 2는 위 이미지와 비슷한 느낌으로 생각하면 될 거 같다. 천연 흑연과 탄소 위에 나노 실리콘들이 있는데 탄소 나노 섬유가 전도성 물질 및 바인더로서 나노 실리콘과 흑연을 잡아주는 역할을 하지 않을까 추측한다. 다보링크에서 사용한 탄소 전구체가 무엇인지는 확인하지 못하였다.
마무리
KIPRIS에서 다보링크를 검색해보니 통신 관련된 특허만 있고, 실리콘 음극재와 관련된 특허는 찾을 수 없었다. 실리콘 음극재 시장이 점점 커지는 와중에 대기업뿐만 아니라 중견, 중소기업까지 실리콘 음극재 개발에 관심을 갖고 사업 확장에 박차를 가하고 있는 것이 느껴진다. 균일한 품질을 유지한 제품을 대량 생산하는 능력과 낮은 제조 원가를 바탕으로 한 합리적인 제품 납품 가격이 실리콘 음극재 시장에서 살아남기 위한 필수 요소라고 생각이 든다. 나도 실리콘 음극재의 상용화 및 개선에 기여해 세상의 많은 사람들에게 편리함과 행복이란 가치를 제공할 것이다.
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