실리콘 음극재가 주목 받는 이유

전기차 시장의 비약적인 성장으로 전 세계적으로 구조적 성장산업으로 발전하며 크게 주목받고 있습니다. 아시는 것처럼 대한민국은 배터리 및 소재 부분에서 글로벌에서도 선도적인 기업이 많이 배출되며 세계시장을 선도하고 있습니다.

양극재부분에서는 우리나라 에코프로그룹이 선도하고 있는데, 최근에 떠오르는 소재가 바로 음극재입니다. 음극소재 중에도 최근 주목받고 있는 [실리콘 음극재]에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

1.실리콘 음극재

실리콘 음극재는 최근 전기차 배터리 분야에서 많은 관심을 받고 있는 소재 중 하나입니다. 실리콘 음극재가 주목받고 있는 이유는 기존의 카본 음극재보다 우수한 특성을 가지고 있어서 전기차 배터리의 에너지 밀도를 향상하는 데 매우 유용하다는 것이 그 이유로 손꼽히고 있습니다.

 

실리콘 음극재가 기존의 카본 음극재 대비 우수한 특성을 갖고 있다고 평가하는 이유는 몇가지가 있는데 그 이유 중 첫 번째는 실리콘은 카본소재보다 더 높은 에너지 저장 용량을 가지고 있다는 것입니다.  따라서 같은 크기의 배터리에 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다. 두 번째는 실리콘은 전기적으로 높은 전도도를 가지고 있어서 충전 및 방전 과정에서 더 빠른 전하 이동 속도를 제공한다는 것입니다. 이러한 특성들은 실리콘 음극재가 전기차 배터리의 에너지 밀도를 증가시키는 데 매우 유용하게 사용될 수 있습니다.

하지만 분명 단점도 존재하는 것이 사실입니다. 실리콘 음극재의 단점으로는 마찬가지로 몇 가지 문제점이 있는데 첫 번째로는 실리콘이라는 물질은 충전 및 방전 과정에서 부피가 크게 변화한다는 것입니다. 이는 배터리 내부에서 음극재가 불안정한 형태로 동작하게 만들어 신뢰성에 문제를 야기할 수 있다는 문제점이 있습니다. 두 번째로는 실리콘은 카본보다 화학적으로 불안정하다는 것입니다. 이는 충전 및 방전 과정에서 일어나는 부작용으로 인해 배터리 수명을 단축시킬 수 있는 요인으로 꼽히기도 합니다.

 

이러한 문제점들은 현재 계속 연구 중에 있으며, 실리콘 음극재가 상용화되기 위해서는 이러한 문제들을 극복해야 합니다. 이 문제들만 연구를 통해 개선 시킨다면 실리콘 음극재는 전기차 배터리 분야에서 매우 유망한 소재로 평가될 것 있으며, 향후 전기차 배터리의 발전과 함께 더욱 중요한 역할을 하게 될 것입니다.

 

2. 미국의 실리콘 음극재 대표 기업

전기차 배터리에서 사용되는 실리콘 음극재를 생산하는 회사는 여러 곳이 있습니다. 미국의 기업인 Tesla는 자사의 전기차 배터리에 실리콘 음극재를 사용하고 있는 것으로 전해지고 있으며 중국의 CATL과 LG화학, 파나소닉, SK 온 등의 대규모 배터리 업체들도 실리콘 음극재를 연구하고 있으며, 일부 제품에 사용하고 있습니다.

 

또한, 실리콘 음극재에 대한 연구 및 생산을 전문으로 하는 회사들도 있습니다. 바로 미국의 Enevate Corporation, Sila Nanotechnologies, Enovix, XG Sciences 등의 회사가 대표적으로 언급되는 회사들입니다.

 

1) Enevate Corporation

미국 캘리포니아에 위치한 Enevate Corporation은 고성능 리튬 이온 배터리를 개발하는 회사입니다.

이 회사는 전기차 배터리에 사용되는 고용량 및 고속충전 솔루션을 개발하고 있으며, 실리콘 음극재를 중점적으로 연구하고 있는 것으로 알려져 있습니다.  Enevate Corporation은 자사의 실리콘 음극재 기술을 "HD-Energy® Technology"이라고 명명하고 있습니다.

2) Sila Nanotechnologies

미국 캘리포니아에 위치한 Sila Nanotechnologies는 실리콘 음극재를 중심으로 한 배터리 솔루션을 개발하는 회사입니다. 이 회사는 높은 에너지 밀도와 안정성을 가진 실리콘 음극재를 개발하여, 전기차 배터리의 성능을 향상시키고 있습니다.

3) Enovix

미국 캘리포니아에 위치한 Enovix는 고성능 리튬 이온 배터리를 생산하는 회사입니다. 

Enovix의 기술은 기존 리튬 이온 배터리보다 더 높은 에너지 밀도와 안정성을 제공하며, 이 회사는 이러한 기술을 바탕으로 전기차 배터리를 생산하고 있습니다. 또한  Enovix는 실리콘 음극재를 사용하여 배터리의 용량을 높이고, 고속 충전 기술을 개발하여 전기차의 주행거리와 충전 시간을 개선하는데 힘쓰고 있습니다.

4)XG Sciences

미국 미시간주에 위치한 XG Sciences는 실리콘 음극재를 중심으로 한 다양한 탄소 나노재료를 연구하는 회사입니다.

이 회사는 리튬 이온 배터리 및 슈퍼커패시터 등 다양한 응용 분야에서 활용되는 나노재료를 제공하고 있습니다. XG Sciences는 이러한 기술을 바탕으로 전기차 배터리의 성능을 향상하기 위한 연구를 진행하고 있습니다.

 

3. 대한민국의 실리콘 음극재 개발 기업

아직까지 대한민국의 기업 중 실리콘 음극재를 생산하는 기업은 많지 않습니다. 하지만 최근에는 LG화학과 SK온 등의 대한민국 기업들이 실리콘 음극재 기술 개발에 적극적으로 나서고 있습니다. 이들 기업은 실리콘 음극재를 활용한 배터리의 출시를 목표로 연구 개발을 진행하고 있으며, 성공적인 결과를 얻으면 대한민국 기업도 실리콘 음극재를 생산하는 회사로 성장할 가능성이 있습니다.

 

2차전지시장은 선도적인 위치를 확보하기 위해 소리 없는 전쟁을 진행 중인 성장산업 시장입니다. 이 성장산업의 한축을 담당하는 대한민국의 2차전지기업들의 성공적인 성장은 향후 10년간 계속될 것이라 생각합니다. 다음포스팅에서는 대한민국의 실리콘 음극재 개발 기업에 대해 알아보도록 하겠습니다.