에스제이신소재, ‘배터리 음극소재’ 내구성 개선 합성기술 확보

㈜에스제이신소재(사장 김흥철)는 고용량 실리콘 음극소재의 내구성을 획기적으로 개선할 수 있는 ‘실리콘 카바이드계’ 음극재 양산 합성기술을 확보했다고 18일 밝혔다.
이를 사용할 경우 전기차의 주행거리가 대폭 향상될 것으로 기대되는 데 업체는 이를 전기자동차(Evs)뿐만 아니라 고용량 에너지 저장시스템(ESS)에도 적용하는 방안을 검토 중이다.
이렇게 합성된 음극소재는 실리콘 입자 크기가 작고, 이를 둘러싼 실리콘카바이드가 실리콘을 보호하는 역할을 해 내구성이 뛰어나다.
신개념 ‘실리콘 카바이드계’ 음극재 양산 합성 기술은 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 조재필 특훈교수팀이 개발, 기술이전하는 것이다.
기존 UNIST에서 이전했던 ‘2차전지용 전극소재 기술실시계약서’와 연계해 에스제이신소재가 보유하고 있는 특허의 실질적인 검증을 진행한 것으로 2차전지산업의 실리콘음극재 기술을 한단계 발전시킨 핵심소재 원천기술을 확보하게 된 것이다.
조 교수팀의 합성기술은 입자크기를 1나노미터(10억분의 1미터) 이하로 줄일 수 있다.
기상증착과정(가스형태의 원료물질을 증착해 소재를 합성하는 방법) 중 핵 성장억제를 통해서다. 음극재를 이루는 입자들은 씨앗 단계인 핵부터 핵에 원자들이 달라붙어 점점 커지는 성장 과정을 거쳐 하나의 입자로 완성된다. 이 때문에 핵은 많이 만들되, 핵 성장은 억제하면 입자를 작게 만들 수 있다는 게 업체 측의 설명이다.
전기차가 한번 충전해 달리는 최대 거리는 탑재된 배터리 용량에 비례하는데, 이 음극소재는 상용 흑연소재 대비 최대 3배 이상 용량이 크다. 또 수백회의 충·방전 이후에도 소재가 손상되지 않는 등 고용량 음극 소재 상용화에 걸림돌인 내구성 문제를 해결했기 때문에 2차전지 음극재 기술 혁신에 파급효과가 클 것으로 그대하고 있다.
일반적으로 실리콘계 소재는 단독으로 쓰이지 않고 전지설계 등을 고려해 흑연과 섞어 쓰여지는 데 반해 이번에 개발·검증한 기술은 흑연과 바로 실리콘카바이드(SiCx) 합성이 가능해 흑연과 실리콘카바이드를 섞는 별도 공정이 필요 없다.
연구 결과는 에너지 분야의 세계적인 학술지인 네이처 에너지(Nature Energy)에 지난해 12월 13일자로 공개됐다.
에스제이신소재 김흥철 사장은 “이번에 개발된 합성 기술은 모든 공정이 건식공정이라 대량 생산이 쉽고 생산 비용절감 효과도 있을 것”이라며 “울산과학기술원(UNIST)과 돈독한 산학협력으로 이뤄낸 성공적인 성과물로 상호협력을 통해 공동발전의 토대를 마련한 것”이다고 말했다.
한편 에스제이신소재는 2차전지 친환경소재 전문기업으로 울산 반천일반산업단지에 본사를 두고, UNIST 내에 기술연구소를 둔 세진중공업의 관계사다.
지난 2011년 UNIST로부터 2차전지 핵심소재의 원천기술인 고안정성 양극활물질 및 고용량 음극활물질 대량합성기술을 이전받아 2차전지 관련 40여건의 특허를 보유하고, 현재는 2차전지 음극재와 도전재 양산체제를 구축중이다.