‘꿈의 음극재’로 불리는 퓨어실리콘 상용화가 다가오고 있다. 퓨어실리콘은 흑연 없이 실리콘으로만 이루어진 음극재를 말한다. 테슬라가 2020년 전기차 배터리 기술 소개 행사에서 적용 계획을 언급하며 시장의 관심을 끌었다.

국내에서는 한국메탈실리콘이 개발, 상용화에 큰 진전을 보이고 있다. 부피 팽창과 성능 열화라는 실리콘 음극재의 고질 문제를 해결할 방법을 한국메탈실리콘은 고성능 도전재와 전도성 바인더를 통해 찾았다.

최종오 한국메탈실리콘 대표는 “부피팽창, 입자 간 저항 증가, 두께 증가라는 실리콘 음극재의 세 가지 문제점을 충전상태(SoC) 제어, 분산액 형태 고성능 도전재, 탄성 전도성 바인더 사용을 통해 해결했다”면서 “시장은 퓨어실리콘을 원하고 한국메탈실리콘은 준비가 돼 있다”고 말했다.

  한국메탈실리콘은 2008년부터 실리콘 분말을 생산해온 전문업체다. 나노부터 마이크로단위까지 고객사 주문 사양에 맞춘 실리콘 분말을 양산, 판매하고 있다. 지난해 흑연 없는 실리콘 100% 퓨어실리콘 활물질을 개발해 상용화를 진행하고 있다. 제천에 양산 라인도 구축했다.

  실리콘은 반도체, 태양전지, 특수가스, 방열재 등 2만5000여가지 제품에 사용되는 산업의 기초소재다. 배터리 분야에서는 음극재 한계를 극복하기 위한 방법으로 실리콘이 적용되기 시작했다. 흑연에 실리콘은 5~10% 첨가하는 것에서 시작해 퓨어실리콘으로 점차 진화할 것으로 전망된다. 특히 차세대 전고체 배터리가 상용화되면 퓨어실리콘 수요도 커질 것으로 보고 있다.

실리콘은 흑연보다 리튬 저장 능력이 26배 높기 때문에 배터리 에너지 밀도를 높이는데 유리하다. 하지만 동시에 최대 400% 팽창해 성능을 열화시키고 전해액을 고갈시키는 치명적인 문제를 안고 있다. 지금까지 실리콘 음극재 상용화가 어려웠던 이유다.

  한국메탈실리콘은 흑연 없이 마이크로미터 사이즈 실리콘 단독으로 활물질을 구성하고 실리콘이 깨지지 않게 SoC를 제어하며 고성능 도전재와 바인더를 사용하는 방식으로 성능을 확보하는데 성공했다고 설명했다.

  퓨어실리콘을 생산하는 기업은 전 세계적으로 한국메탈실리콘과 독일 바커 두 곳이다. 독자적인 분극 방법으로 독일 바커보다 5분의 1 수준으로 저렴하게 만들 수 있는 고유 기술을 보유했다.

  최 대표는 “벤츠가 내년 양산하는 EQG에 미국 음극재 스타트업인 실라나노테크놀로지스가 생산하는 퓨어실리콘(타이탄 실리콘)을 탑재하는 등 시장이 빠르게 커질 것으로 전망한다”면서 “다양한 실리콘 음극재 기술 방식 중에서 퓨어실리콘과 질화규소가 주목받을 것으로 전망되며 특히 퓨어실리콘이 가장 좋은 옵션이 될 것”이라고 말했다.

정현정 기자 iam@etnews.com

[배터리데이 2023]한국메탈실리콘 “테슬라가 점찍은 ‘퓨어실리콘’ 준비 완료” (daum.net)