중국 리얼미,샤오미 등 스마트폰에 실리콘 음극재 적용

서론

오늘은 중국의 스마트폰 업체인 샤오미, 리얼미, 아너 등의 기업에서 실리콘 음극재를 배터리에 적용했다는 기사가 있어 리뷰해보고자 한다. 실리콘 음극재는 아직까지 전기자동차에 적용되는 걸로만 알고 있었는데 벌써 다양한 중국 업체들이 스마트폰에 적용하고 있다는 사실이 놀랍다. 

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기사 원문 (ZDnet Korea, 2024/12/04, 류은주 기자)

 

중국 스마트폰 업체들이 대용량 배터리를 탑재한 신제품을 앞다퉈 선보이며, 실리콘 음극재 기술 경쟁이 전기차뿐 아니라 스마트폰 시장에서도 뜨거워지고 있다. 하지만 국내 출시되는 스마트폰 제품 중 실리콘 음극재를 활용한 제품은 아직 전무하다. 

실리콘 음극재는 기존에 많이 쓰이던 음극재 흑연보다 에너지 밀도가 이론상 약 10배 높아 차세대 음극재로 불린다. 다만, 충·방전이 반복되면 실리콘 나노 입자 부피가 팽창하는 문제점이 있다. 이런 부작용을 줄이기 위해 실리콘 입자에 탄소를 코팅해 부피팽창을 억제하는 기술을 활용하고 있다.

4일 업계 등에 따르면 최근 중국 스마트폰 업체 리얼미는 차세대 실리콘탄소복합체(Si/C) 음극재를 활용한 7천mAh 배터리를 탑재한 네오 7을 공개했다.  

 

출처: 리얼미

 

리얼미는 해당 배터리를 '타이탄 배터리'라 부르며 홍콩 ATL과 공동 개발했다고 밝혔다. 7천 mAh 대용량 배터리를 장착했지만 기기 두께는 8.5mm로 오히려 전작보다 얇아졌다. 에너지 밀도가 높은 실리콘 음극재를 활용한 덕분이다.

샤오미가 지난 10월 선보인 샤오미15 프로 역시 실리콘 음극재를 사용한 배터리를 탑재해 동일한 크기 대비 배터리 용량을 향상했다. 6천100mAh 대용량 배터리를 장착하면서도 4천880mAh 배터리를 탑재한 전작보다 두께는 더 얇아지고 무게는 213g으로 10g 더 가벼워졌다.

지난 7월 세계에서 가장 얇은 폴더블폰 매직 V3를 출시한 아너 역시 실리콘 음극재를 활용한 배터리를 활용했다고 홍보했다. 아너는 업계 최초로 실리콘 함량을 10%까지 높였다고 강조하기도 했다. 실리콘 함량을 높일수록 배터리 수명이 늘고 충전 시간은 짧아진다. 매직 V3 역시 배터리 용량은 전작 매직 V2(5천 mAh) 보다 늘어난 5천150mAh지만, 두께는 더 얇고 무게는 더 가볍다. 

이밖에 ▲원플러스도 지난 6월 실리콘음극재 배터리를 탑재한 에이스3 프로(6천100mAh)를 선보였으며 ▲누비아가 지난달 출시한 레드매직 10프로 배터리(7천50mAh)도 실리콘 음극 기술을 적용했다.

중국 업체들이 이처럼 실리콘 음극재를 배터리 소재로 적극 활용하고 있지만, 삼성전자와 애플은 아직 실리콘 음극재를 활용한 제품을 선보이지 않고 있다. 중국 외 다른 스마트폰 업체들이 실리콘 음극재 도입에 보수적인 이유로 업계는 '안정성'과 '가격'을 꼽고 있다.

실리콘 음극재는 충전과 방전을 반복하면서 실리콘 입자 부피가 팽창해 내부 구조를 손상하는데, 이러한 구조적 안정성 문제가 기술적으로 완벽하게 해결되지 않았기 때문이다. 특히 삼성전자는 지난 2016년 노트7 배터리 결함에 의한 발화 사건으로 곤욕을 치른 경험이 있다. 안정성 문제에 민감할 수밖에 없다. 제품에 대한 완벽주의로 유명한 애플 역시 안정성을 중시하는 만큼 해당 소재를 활용한 제품을 선보이지 않는다는 분석이다. 

또 다른 장벽은 '가격'이다. 실리콘 음극재는 기존 음극재 흑연보다 훨씬 비싸기 때문이다. 중국 업체들은 원자재 조달과 가공 생태계에서 소재를 값싸게 공급받을 수 있는 환경이 조성돼 있지만, 삼성 등 다른 경쟁 업체들은 그렇지 못하다.

이차전지 소재 업계 한 관계자는 "중국 업체들은 가공 단가가 싸고 정부 보조금도 받고 훨씬 더 싸게 실리콘 음극재를 수급할 수 있는 상황"이라며 "배터리 셀은 가격 경쟁이 치열한 부품인데, 중국 소재 업체들과 싸워 이기기 쉽지 않다"고 말했다. 또 다른 업계 관계자는 "실리콘 음극재는 흑연에 비해 고가지만, 더 높은 에너지 밀도와 충전 효율이라는 장점 때문에 프리미엄 스마트폰, 전기차 배터리 등 고성능 제품에 채택되고 있다"며 "상용화 확대와 생산기술 발전으로 가격이 점차 낮아지면 활용도가 늘 것"이라고 관측했다.   

(출처: https://zdnet.co.kr/view/?no=20241204142550)

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요약

1. 중국의 스마트폰 업체 리얼미는 실리콘-탄소 복합체 음극재를 적용한 7000mAh 용량의 네오 7을 공개했다.
2. 스마트폰 샤오미15 프로도 실리콘 음극재를 적용해 6100mAh의 용량을 가지며 전 모델보다 두께가 줄고 무게도 10g 감소하였다. 

3. 세계에서 가장 얇은 폴더플폰인 매직 V3에서도 실리콘 음극재가 적용돼 5150mAh의 용량을 갖게 되었다. 특별히 업계 최초 실리콘 음극재 함량을 10%까지 끌어올렸다.
4. 중국 외 다른 업체들이 스마트폰에 실리콘 음극재 도입에 보수적인 이유는 안정성과 가격 때문이다.

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추가 조사

리얼미가 사용하고 있는 배터리 제조사인 홍콩의 ATL에 대해 알아보았다. 전기자동차 배터리 업체로 유명한 CATL이 바로 ATL에서 전기자동차 부문으로 분사한 기업이라고 한다. CATL은 2023년 기준 세계 전기자동차 배터리 시장 점유율 1위이다. 

ATL은 배터리 제조 기업으로 국내로 치면 LG 에너지솔루션, 삼성 SDI, SK 온 같은 완성 셀 제조 업체이다. 배터리 3사는 실리콘 음극재에 대해 직접적으로 연구하기보다 실리콘 음극재 전문 소재 기업으로부터 납품을 받고 있다. 그렇기 때문에, ATL에 실리콘 음극재를 납품하는 기업에 대해 알아보았다. 

바로 SK가 투자한 기업으로 유명한 Group 14이 ATL에 실리콘 음극재를 납품한다고 한다. Group 14은 2023년 2월 홈페이지에서 실리콘 배터리인 'SCC55'를 ATL에 납품한다고 명시하였다.

출처: Group 14

Group 14의 홈페이지에서는 'SCC55'와 흑연 및 SiOx와 에너지밀도를 비교한 그래프를 제공한다. 비교군으로 어떤 제품을 가져왔는지는 나와 있지 않지만 확실히 비교군 대비해 부피당 에너지가 높은 것을 확인할 수 있다. 특히, 2000 사이클이나 지났음에도 흑연과 동급의 안정성을 보여주는 점이 매우 놀랍다. Group 14의 'SCC55' 제품의 차별성이 나노 다공성 탄소 구조체를 정교하게 제어하는 것으로 부터 그 기공 안에 나노 실리콘을 성장시키는 것에서 나온다고 말하고 있다. 실리콘이 수 ㎚의 크기를 가지므로 수 십~수 천 ㎚의 크기를 갖는 다른 실리콘 음극재 대비 부피 팽창 측면에 있어 큰 강점을 가진다고 볼 수 있다. 추가적으로 나노 다공성 탄소 구조체가 있는 상태에서 실리콘이 성장되므로 실리콘 주위에 부피 팽창을 확실하게 막아줄 수 있을 것이다. 그리고, 이 구조체는 전도성 갖고 있어 전자가 실리콘에 원활히 이동할 수 있도록 도움을 준다.

또,  BAM 공장을 미국에 2개 보유하고 있다. BAM은 Battery Active Material의 줄임말이라고 한다. 한국의 SK그룹과도 합작해서 경북 상주에 BAM 공장을 지었다.

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마무리

오늘은 중국의 스마트폰 업체들이 실리콘 음극재를 배터리에 도입했다는 재밌는 기사에 대해 살펴보았다. 그리고, CATL로 잘 알려진 홍콩의 ATL 기업에 실리콘 음극재를 납품하는 기업 Group 14의 제품인 'SCC55'에 대해 알아보았다. 안정성과 가격을 모두 잡아 실리콘 음극재가 스마트폰에서도 상용화될 수 있도록 기여하도록 하겠다!