코스모신소재는 차세대 배터리 개발 핵심 요소로 '단결정 양극재'를 손꼽았다. 최근 주목받는 하이니켈 리튬이온 배터리와 전고체 배터리를 관통하는 키워드로 2~3년 안에 단결정 양극재 수요가 크게 늘 것으로 전망했다.
정혁 코스모신소재 전지소재 연구소장은 '하이니켈 양극재 상용 기술과 전고체 동향' 주제 발표에서 “앞으로 전기차 주행거리와 배터리 수명 향상이 시장 최대 관심사가 될 것”이라며 “이를 위해 높은 에너지 밀도를 가진 긴 수명의 양극재가 필요하다”고 강조했다.
양극재는 배터리 구성요소 가운데 성능을 결정한다. 양극재에 니켈 함유량이 많을수록 에너지 밀도가 높아진다. 이는 배터리 성능 향상으로 이어진다. 배터리 업계에서 니켈 비중을 높인 '하이니켈' 개발에 혈안인 것도 이 때문이다.
니켈 함량만 높인다고 문제가 해결되진 않는다. 정 연구소장은 “니켈 비중이 늘어날수록 소재 구조·표면 특성상 불안정성이 커질 수밖에 없다”면서 “배터리 구동 시 양극 소재 입자 균열이 발생해 배터리 반응을 떨어트리게 된다”고 설명했다. 현재 양극재 입자는 대부분 다결정 형태로 제조 공정과 충·방전 과정에서 부서지는 특성(균열)이 있다. 배터리 성능과 수명을 저하시키는 원인이다.
업계에서는 단결정 양극재가 다결정이 가진 한계를 극복할 것으로 기대한다. 단결정은 다결정보다 10배가량 강도가 높다. 양극재 입자 균열로 인한 배터리 성능 감소를 최소화시킬 수 있다. 코스모신소재를 포함, 다수 양극재 제조사가 단결정 양극재 기술 개발에 뛰어든 배경이다.
아직까지 상용화된 단결정 양극재는 없다. 그만큼 기술 구현이 어렵다. 정 연구소장은 “양극재 입자를 단결정으로 만들기 위해서는 형상을 제어하는 새로운 소성 공법이 필요하다”고 밝혔다. 낮은 온도에서도 조합된 원료를 가열해 단단한 단결정 양극재를 만드는 소성 공정 등 기술 개선이 필요하다는 지적이다.
코스모신소재는 단결정 양극재 기술이 하이니켈 배터리를 넘어 미래 배터리라고 불리는 전고체 배터리에서도 통용될 것으로 내다봤다. 시장 선점을 위해 2018년부터 원천 기술을 개발 중이다. 단결정 양극재 개발 걸림돌을 걷어내 내년 양산을 목표로 잡고 있다.
정 연구소장은 “단결정 양극재는 향후 전고체 배터리뿐만 아니라 기존 양극재 시스템에서도 충분히 활용할 수 있는 게 강점”이라면서 “향후 2~3년 안에 단결정 양극재 수요가 폭발적으로 늘어날 수 있다”고 내다봤다.
권동준기자 djkwon@etnews.com
