국내 연구진과 기업이 협업해 고용량 음극재 생산을 추진 중이다.
한국화학연구원(원장 이미혜)과 화학연에서 관련 기술을 이전받은 에스제이신소재(대표 김흥철), 서해그린화학(대표 모종면), 스마트코리아(대표 장채원)가 고용량 이차전지 조기 상용화를 목표로 기존 대비 효율이 극대화된 음극재 생산을 앞두고 있다.
3개 기업은 화학연에서 이전 받은 기술로 각각 개발·생산하던 소재를 활용해 하나의 상용품을 개발하기로 했고, 이를 위해 18일 업무협약을 체결했다. 이번 업무협약에서 화학연은 각사의 소재 경쟁력을 결집하는 민간주도 혁신성장의 디딤돌 역할을 수행한다는 점에서 의미가 크다.
소재의 개발로 최근 전기자동차의 해결과제인 장거리 주행을 위한 고용량 배터리 및 고용량에 따른 안전성 해결 핵심 소재를 제공해, 국내 전기자동차 배터리 경쟁력 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
생산 예정인 고용량 음극재 생산 기술은 상충 관계에 있는 주행거리 관련 '배터리 고용량' 문제와 고용량에 따른 '안전성' 문제를 한꺼번에 해결할 수 있는 기술이다. 화학연에서 최초로 상용화를 달성한 기술이다. 연구팀은 다공성 탄소소재 각각의 기공에 기존 흑연 음극재 대비 약 5배 이상 용량에 해당하는 실리콘을 성장시켰다. 이를 통해 고용량화 달성과 동시에, 배터리 폭발사고 등의 안전성 문제를 해결할 수 있다.
효율적인 상용화를 위해 화학연으로부터 기술을 이전받은 3개 기업이 역할을 분담해 진행한다. 서해그린화학과 스마트코리아가 코팅용 피치와 피치계 다공성 탄소소재를 각각 생산해 공급하고, 에스제이신소재에서는 이를 공급받아 고용량 음극재를 최종 생산한다.
임지선 화학연 박사팀은 2018년 서해그린화학에 석유계 잔사유 기반 피치, 2020년 스마트코리아에 피치계 전도성·다공성 탄소소재, 2022년 에스제이신소재에 실리콘계 음극재용 탄소소재 제조 기술을 이전한 바 있다.
서해그린화학은 음극재용 코팅용 피치 제조 상용화를 위해 이전받은 기술을 기반으로, 본 소재의 생산을 위해 충남 서산시에 4만평 부지에 연간 8000톤 규모로 생산해 에스제이신소재에 일부 공급할 예정이다. 특히, 그동안 독일에서 전량 수입에 의존하고 있었던 코팅용 피치를 국내에서 최초로 생산한다는 점에서 의미가 크다.
스마트코리아는 이전 기술을 기반으로 다공성 탄소소재를 자사 제품인 유해가스 공기정화장비에 적용하고 있다. 우수성을 인정받아 대전광역시 스타기업 및 한국발명진흥회 우수발명품 우선구매추천사업에 선정됐다. 이번 MOU를 통해 에스제이신소재에 최대 600톤/년의 다공성 탄소소재를 공급할 수 있을 것으로 기대된다.
에스제이신소재는 실란가스 기반 실리콘 성장기술 및 최근 화학연에서 이전받은 탄소소재 제조기술로 2026년 기준 6000억원 매출 목표를 수립했다. 올해 연말부터 이를 위한 양산 시설의 운영을 시작한다. 에스제이신소재는 생산되는 음극재 수요기업과의 협업을 통해 조기 상용화를 달성한다는 계획을 실행 중이다.
한편, 화학연에서는 3개 기업에 이전된 기술을 활용해 생산된 각각 소재가 하나의 음극재로 구성될 수 있도록 원내 프로그램을 통한 기술지원, 성능 및 수율 향상에 대한 현장자문을 수행할 예정이다.
소재 개발로 기존 흑연 음극재 대비 약 5배 이상의 용량 구현이 가능하고 실리콘 부피 팽창에 대한 안정성이 30% 이상 우수해 전기차용 배터리 분야 시장을 선도할 수 있을 것으로 예상된다.
이미혜 화학연 원장은 “본원에서 기술이전을 받은 기업 간 공급-수요망 확보 및 시장 경쟁력 강화의 우수 사례로, 이번 성과가 전기차용 이차전지 사업에 시장선도형 소재가 될 수 있는 초격차 기술로 자리매김하기를 기대한다”고 말했다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
