LG엔솔, 대주전자재료와 '실리콘 7%' 음극재 개발 추진
부피 팽창 등 기술난제 극복…하이니켈 성능 한계 도전
SK이노·삼성SDI, '5% 안팎' 실리콘 음극재 적용 추진
그룹 계열사·국내외 소재업체와 포트폴리오 확대 협업

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# LG에너지솔루션은 전기차 배터리 사업 확장에 시동을 걸고 있다. 전기차 배터리에 실리콘 음극재를 업계 최고 수준으로 올려 탑재에 나선다. 2019년 실리콘 음극재를 순수 전기차에 세계 최초로 적용한 LG는 실리콘 함량 7%의 음극재 적용을 추진하고 있다. SK이노베이션과 삼성SDI도 전기차 배터리에 실리콘 5% 내외의 음극재를 적용하면서, 배터리 성능을 끌어올리는 실리콘 음극재 기술 도입하기 위한 경쟁에 업계 관심이 쏠리고 있다.

◇실리콘 7% 첫 적용 전기차 배터리 나온다

LG에너지솔루션은 전기차 배터리 소재 적용에 앞서가는 양상을 보였다. 2019년 대주전자재료와 협력해 전기차 배터리에 실리콘 5%의 음극재를 세계 최초로 적용한 LG에너지솔루션은 실리콘 7% 함량의 음극재 적용을 위한 기술 개발을 추진하고 있다.

실리콘 함량을 7%까지 올리는 것은 LG에너지솔루션 전기차 배터리가 최초다. 전기차 배터리에서 실리콘은 에너지 용량을 올리는 주요 소재다. 실리콘 함량을 얼마나 높이는지에 따라 에너지 밀도를 더욱 강화할수 있어서다. 음극재에 실리콘 함량이 높아지면 에너지 밀도를 올리면서도 충전 성능을 끌어올릴 수 있어 배터리 성능이 강화된다.

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<LG화학 탄소나노튜브 적용 제품군>

그러나 실리콘 함량을 올리는 데 고도의 기술력이 요구된다. 실리콘 비중이 높을수록 배터리 부피 팽창 문제가 발생한다. 특히 실리콘 함량을 높이면서 부피 팽창으로 인한 화재 또는 폭발 위험성을 줄이는 기술 난도가 매우 높다는 평가다.

전기차 배터리는 니켈 비중을 높이는 하이니켈 배터리 기술 개발이 시도됐었고 니켈 90% 이상 올리는 데 한계가 있었다. 니켈 90% 배터리는 화학적으로 불안정하고 니켈 함량을 높일수록 열전도성이 높아지기 때문이다. 이에 배터리 업체들은 하이니켈 양극재와 실리콘 음극재를 적정하게 혼합하고 도전재, 바인더를 추가로 사용해 전기차 배터리 시장 공략을 강화하고 있다.

◇실리콘 음극재 적용 전망

실리콘 7% 음극재가 전기차 배터리가 탑재되면 전기차 시장에 실리콘 음극재 상용화 시기가 빨라질 것으로 업계는 전망했다. 글로벌 완성차들도 실리콘 음극재 적용을 적용해 에너지 용량을 올리면서 충전 속도를 당기기 위한 기술 개발을 서두르고 있다. 대량 생산에 따라 보급형 전기차에도 실리콘 음극재 적용이 활발해질 것으로 보인다.

SK이노베이션과 삼성SDI도 실리콘 음극재 적용을 추진하고 있다. SK이노베이션은 실리콘 5% 내외 음극재 적용을 준비하고 있는데, 전기차 배터리에 탑재할 것으로 보인다. 프리미엄 전기차 모델에 탑재가 예상된다.

SK 계열사도 실리콘 음극재 사업화를 추진하면서 전기차 배터리에 실리콘 음극재 적용을 서두르고 있는 것으로 보인다. SK머티리얼즈와 SKC는 전기차 배터리 시장 성장에 발맞춰 배터리 소재 사업 포트폴리오를 확대하고 있다. 최근 전기차 시장에서 주목받는 실리콘 음극재 사업화를 추진하고 있어 주목된다. 양사는 음극재 전문 기업들과 협력해 실리콘 음극재 개발에 나서고 있는 상황이다.

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<삼성SDI 실리콘 음극재 배터리<사진=삼성SDI>>

SK이노베이션이 LG에너지솔루션에 이어 실리콘 음극재 적용에 나서면서 실리콘 음극재 적용을 위한 배터리 업체들간 기술 경쟁도 가열될 것으로 전망된다.

삼성SDI도 전기차 배터리에 실리콘 음극재를 적용을 확대하고 있다. 실리콘 함량 5% 안팎 음극재 적용을 추진하면서 전기차 배터리 성능을 강화해 나갈 것으로 보인다.

삼성SDI는 국내외 소재 업체들과 실리콘 음극재를 개발해 전기차 배터리에 적용했다.

BMW에 공급한 차세대 전기차 배터리에 실리콘 음극재를 적용한 것으로 알려졌다. 삼성SDI는 각형 전기차 배터리가 주력 제품이다. 업계에 따르면 글로벌 완성차 업체들로부터 최근 각형 배터리 수요가 늘어나고 있다. 각형 배터리는 글로벌 완성차 업체들로부터 공급 요청이 증가하고 있는 추세다. 삼성SDI는 원통형 배터리에 적용하던 실리콘 음극재를 '젠5' 차세대 각형 배터리 공급하면서 시장 수요에 대응할 것으로 보인다.

한 업계 관계자는 “국내 배터리 업체들은 소재 개발 및 적용에 가장 앞서 있다”며 “전기차 배터리 시장에 실리콘 음극재가 확대 적용되면서 대량 생산과 전기차 충전 속도를 앞당길수 있을 것으로 보인다”고 말했다.

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<러시아 옥시알 연구원이 탄소나노튜브(CNT) 생산 과정을 살펴보고 있다<사진=옥시알아시아퍼시픽>>

김지웅기자 jw0316@etnews.com