SK머티리얼즈, 실리콘 음극재 생산 시작…“샘플 공급”

원문

(https://www.etnews.com/20240924000266)

SK머티리얼즈, 실리콘 음극재 생산 시작…“샘플 공급”

날짜: 2024년 9월 24일

 

SK머티리얼즈가 사업 진출 3년 만에 실리콘 음극재 생산을 시작했다. 실리콘 음극재는 전기차 배터리 에너지밀도를 높이고 충전 시간을 단축하는 이차전지 소재다.

24일 업계에 따르면 SK머티리얼즈와 그룹 14 테크놀로지가 합작 설립한 'SK머티리얼즈그룹 14'가 실리콘 음극재 시생산에 돌입했다. 그룹 14 테크놀로지는 최근 경북 상주에 위치한 합작공장에서 실리콘 음극재를 출하, 고객사에 공급했다고 밝혔다.

구체적인 고객사명은 공개하지 않았지만 전기차와 가전제품용 배터리 제조사라고 소개했다. 회사 측은 “실리콘 음극재 샘플을 납품했고, 내년 출시가 예상되는 전기차와 가전제품용 배터리 성능 테스트를 받게 된다”고 설명했다. 테스트를 통과해 공급 계약을 체결하면 본격적인 양산 단계로 넘어갈 전망이다.

SK머티리얼즈그룹14는 SK머티리얼즈가 실리콘 음극재 사업을 위해 미국 배터리 소재사인 그룹 14와 2021년에 세운 회사다. 지난해 상주에 생산능력이 연간 2000톤 규모인 실리콘 음극재 공장을 완공했다. 3년 동안 준비한 끝에 가동을 시작했다.

실리콘 음극재는 기존 음극 소재인 흑연 대비 이론 용량이 10배 많아 전기차 주행 거리 향상과 급속 충전 성능 개선이 가능하다는 장점이 있다. 완성차 업체들이 실리콘 음극재 기반 배터리 탑재를 확대하면서 수요가 늘고 있다. LG에너지솔루션과 SK온은 실리콘 음극재가 적용된 배터리를 양산하고 있다.

실리콘 음극재는 차세대 소재로 주목받고 있지만, 제조가 까다로워 양산에 성공한 기업은 국내 대주전자재료, 중국 BTR, 일본 신에츠 정도로 제한적이다. 충·방전 시 부피가 3배 이상 팽창하는 스웰링 현상이 발생해 기술 난도가 높다. SK머티리얼즈도 이같은 문제 때문에 시생산 돌입까지 오랜 시간이 걸린 것으로 보인다.

SK머티리얼즈그룹 14가 실리콘 음극재 시생산을 시작하면서 국내 경쟁 구도에 미칠 영향도 주목된다. 국내에서 실리콘 음극재를 양산하고 있는 기업은 대주전자재료가 유일하다. SK머티리얼즈그룹14가 대주전자재료와 경쟁 관계를 형성할지 주목된다. 단, 대주전자재료는 실리콘산화물(SiOx) 제품을 양산하고 있는데, SK머티리얼즈그룹14가 생산하는 소재는 실리콘탄소복합체(SiC) 방식으로 제품에는 다소 차이가 있다.

이외 SKC가 각각 영국 넥세온과 프랑스 엔와이어즈에 투자해 실리콘 음극재 기술을 개발 중이어서 경쟁이 더 치열해질지 눈길이 쏠린다. 포스코홀딩스 자회사 포스코실리콘솔루션도 포항에 실리콘 음극재 생산 공장을 구축했다.

이호길 기자 eagles@etnews.com

요약

1. SK머트리얼즈그룹14는 2024년 경북 상주에 위치한 합작공장에서
실리콘 음극재 샘플을 배터리 제조사에 제공하였다.
2. 이 샘플 테스트 후 공급 계약이 체결되면 양산 단계로 넘어갈 전망이다.
(연간 2000톤 공장 규모)
3. 국내 실리콘 음극재 유일한 양산 기업인 대주전자재료와 더불어
양산 기업이 될 수도 있다. 
단, 대주전자재료는 SiOx 계 제품이고,
SK머트리얼즈그룹 14는 Si/C 계열로 차이점은 있다.

관련 자료 

출처: SK머트리얼즈그룹14

SK머트리얼즈그룹14 사의 실리콘 음극재 기술은
다공성 탄소에 실리콘 가스를 기상으로 균일하게 집어넣는 것이다.

실리콘 음극재의 주요 해결 과제는 충방전 과정에서의
리튬과의 반응에 의한 큰 부피 팽창을 줄이는 것이다.

그로 인해, 실리콘/탄소 복합체의 형태로 실리콘의 전도성을 높이고
부피 팽창을 완화시키는 방법이 이용된다.

이 회사는 다공성 탄소를 우선적으로 만든 후,
실리콘 가스를 기상으로 집어넣는 방식을 사용해 
균일하게 실리콘이 탄소에 의해 가둬지도록 유도한다.

또한, 실리콘 전구체가 기체이므로, 고체 전구체와 달리
다공성 탄소의 깊숙한 내부까지 잘 채워질 것으로 예상된다.
실리콘의 충방전 과정에서의 부피 팽창을 다공성 탄소 프레임이 잡아주기 때문에
긴 사이클에서도 높은 용량 유지율을 유지할 수 있을 것이라 예상된다.

개인적인 추측으로 실리콘 가스는
대주전자재료처럼 SiH4(Silane)을 사용할 수 있다는 생각이 들고,
그로 인해 단가가 높을 수도 있다고 생각한다.

그리고, 다공성 탄소는 어떤 형태로 제조하는 것인지,
그 기공의 크기와 기공의 부피가 얼마나 될 지 궁금하다.

우선적으로 non-porous 탄소를 activation 시켜 microporous carbon을
직접 제조할 수도 있고,
활성탄을 직접 납품받아 사용할 수도 있다고 보인다.