에너지연, 전기자동차 주행거리 2배 늘릴 음극소재 개발…2020년 양산 목표 상용화 추진

국내 연구진이 리튬이온 전지의 용량을 두 배로 높이면서 제조가격은 절반으로 줄인 음극 소재 기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원 분리변환소재연구실 장보윤 박사팀은 나노기술을 기반으로 리튬이온전지 음극 소재인 산화규소(SiOx) 나노분말 제조기술 개발에 성공해 국내 중소기업과 상용화를 추진한다고 7일 밝혔다.

연구원이 개발한 산화규소 나노분말에는 리튬과의 반응성이 높은 실리콘이 포함돼있다. 이를 리튬이온전지에 적용하면 기존 흑연 음극제를 사용한 전지보다 용량을 2배 정도 높일 수 있다.

한국은 리튬이온전지 시장에서 세계적으로 앞서가고 있지만, 음극 소재에 대해선 국산화가 미흡한 상황이다. 기존 음극 소재인 흑연 시장은 가격경쟁력을 확보한 중국이 대부분 점유했으며, 차세대 음극 소재 중 하나로 꼽히는 산화규소는 일본 기업에서 독점적으로 생산하고 있다.

연구팀은 고품질을 유지하면서 생산성을 크게 높여 가격 경쟁력을 확보하기 위한 산화규소 나노입자 원천기술을 확보하고 이를 산업화할 수 있는 제조·냉각·포집 등 패키지 기술을 함께 개발했다. 연구팀이 개발한 기술은 산업계에서 금속 가열에 널리 사용하는 일반적인 유도용융법을 이용한 공정으로, 상온에서 규소를 합성할 수 있으며 제조 시 킬로그램 당 2∼3달러 정도의 저가 규소 원료만을 사용해 일본 제품 대비 30∼50%로 생산단가를 낮췄다. 또 반응 시 사용한 가스를 순환시켜 재활용하고 일정하게 공급할 수 있도록 설계해 100시간 이상 연속공정도 가능하다.

에너지연과 기술을 이전받은 업체는 내년 시제품 생산을 시작으로 2020년 양산 시작을 목표로 하고 있다. 이를 통해 세계 각국의 배터리 제조업체와 리튬이온전지 생산업체에 공급하고, 특히 고용량 전지를 필요로 하는 전기자동차 시장을 집중 공략할 계획이다.

장보윤 박사는 "고품질의 산화규소 나노분말이 전기자동차용 배터리에 적용되면 배터리 가격을 낮추는 데 핵심적인 역할을 할 것"이라며 "한 번 충전으로 500㎞ 이상의 주행거리를 확보해 기존 내연기관 자동차를 대체하는 데 중요한 역할을 할 것"이라고 말했다.

남도영기자 namdo0@dt.co.kr