▲ 이차전지용 시장선도형 핵심소재 상용화를 위해 (우 부터) ㈜스마트코리아 장채원 대표, ㈜에스제이신소재 김흥철 대표, 한국화학연구원 이미혜 원장, 서해그린화학㈜ 경영지원부장 오관율이 업무협약을 체결했다.

전 세계적으로 전기차의 주행거리 향상 경쟁이 치열해지고 있는 가운데, 국내 연구진과 기업들의 협업을 통해 전기차 주행거리 향상과 안전성이 확보될 수 있는 고용량 음극재 생산을 추진한다.

한국화학연구원(이미혜 원장)과 화학연에서 관련 기술을 이전받은 3개 기업이 고용량 이차전지 조기 상용화를 목표로 기존 대비 효율이 극대화된 음극재 생산을 위해 업무협약을 18일 체결했다고 밝혔다.

MOU를 통해 △(주)에스제이신소재(김흥철 대표) △서해그린화학(주)(모종면 대표) △(주)스마트코리아(장채원 대표) 등 3개 기업은 화학연에서 이전 받은 기술로 각각 개발·생산하던 소재를 활용해 하나의 상용품을 개발하기로 했다.

이번 소재 개발로 전기자동차의 해결과제인 장거리 주행을 위한 고용량 배터리 및 고용량에 따른 안전성 해결에 핵심 소재를 제공해, 국내 전기자동차 배터리 경쟁력 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

생산 예정인 고용량 음극재 생산 기술은 상충 관계에 있는 배터리 고용량 문제와 안전성 문제를 한번에 해결할 수 있는 기술로써, 화학연에서 최초로 상용화를 달성한 기술이다.

연구팀은 다공성 탄소소재 각각의 기공에 기존 흑연 음극재(평균 370 mAh/g) 대비 약 5배 이상 용량에 해당하는 실리콘을 성장시켰다. 이를 통해 고용량화 달성과 배터리 폭발사고 등의 안전성 문제를 해결할 수 있다.

상용화를 위해 화학연으로부터 기술을 이전 받은 3개 기업이 역할을 분담하여 진행한다. 서해그린화학(주)과 (주)스마트코리아가 코팅용 피치와 피치계 다공성 탄소소재를 각각 생산해 공급하고, (주)에스제이신소재에서는 이를 공급받아 고용량 음극재를 최종 생산한다.

화학연 임지선 박사 연구팀은 2018년 서해그린화학(주)에 석유계 잔사유 기반 피치, 2020년 (주)스마트코리아에 피치계 전도성·다공성 탄소소재 2022년 (주)에스제이신소재에 실리콘계 음극재용 탄소소재 제조 기술을 이전한 바 있다.

서해그린화학은 본 소재를 연 8,000톤 규모로 생산해 에스제이신소재에 일부 공급할 예정이다. 스마트코리아는 에스제이신소재에 최대 연 600톤의 다공성 탄소소재를 공급할 수 있을 것으로 기대된다. 에스제이신소재는 음극재 수요기업과의 협업을 통해 조기 상용화를 달성한다는 계획을 실행 중이다.

화학연에서는 3개 기업에서 생산된 각각의 소재가 하나의 음극재로 구성될 수 있도록 원내 프로그램을 통한 기술지원, 성능 및 수율 향상에 대한 현장자문을 수행할 예정이다.

본 소재의 개발로 기존 흑연 음극재 대비 약 5배 이상의 용량 구현이 가능하고 실리콘 부피 팽창에 대한 안정성이 30% 이상 우수하여 전기차용 배터리 분야의 시장을 선도할 수 있을 것으로 예상된다.

화학연 이미혜 원장은 “화학연에서 기술이전을 받은 기업 간의 공급-수요망 확보 및 시장 경쟁력 강화의 우수 사례로써, 이번 성과가 전기차용 이차전지 사업에 시장선도형 소재가 될 수 있는 초격차 기술로 자리매김하기를 기대한다.”고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국화학연구원 기본사업, 과학기술정보통신부 연구개발특구육성사업 및 산업통상자원부 산업핵심기술개발사업 지원으로 수행됐다.

▲ 업무협약을 통해 피치계 다공성 탄소소재를 새롭게 디자인하고 실란가스 기반 실리콘 성장을 최적화시켜, 기존 흑연계 음극재 대비 5배 이상 용량을 향상시키고 충전 시 실리콘 부피팽창에 따른 안정성 문제를 해결할 수 있는 소재를 공급할 계획이다.