2차전지 첨가제 시장의 성장성
전기차 시장이 화려한 조명에 감싸이는 동시에 주행거리를 결정짓는 2차 전지(리튬이온) 배터리 시장에 대한 관심도 뜨겁다. 현재까지는 1회 충전으로 3~400km 주행을 기대하고 있으나 점차 성능을 개선하여 주행거리가 지속 상승하고 있는 추세다. 일부는 2차전지 배터리의 한계를 지적하며 곧바로 전고체 배터리(주행거리 약 7~800km)형태로 가는 것을 주장하기도 하지만 현재 상황에서 가장 시장성 높고 실제 판매가 이루어지는 2차전지를 개선하는 쪽으로 가닥이 잡히고 있다. (물론 향후에는 전고체 배터리가 상용화될 것으로 예상한다) 오늘은 2차전지를 개선하기 위해 사용되는 첨가제를 몇가지 살펴보고자 한다.
먼저 2차 전지의 4가지 핵심 이슈와 구조는 다음과 같다.
1. 주행거리
2. 충전시간
3. 제품수명
4. 저온특성
배터리는 크게 양극과 음극으로 구분된다.
1. 양극
: 리튬이온을 만드는 것으로 주행거리를 결정하고, 니켈을 사용하고 있으며 하이니켈을 목표로 지금까지 많은 기업들이 이 분야에 초점을 맞춰 R&D를 진행해왔다. 대표적인 기업으로는 에코프로비엠, 엘엔에프 등이 있다.
2. 음극
: 리튬이온을 저장하는 것으로 양극에서의 리튬이온 총량이 늘어남에 따라 capa가 늘어나야 하는 부분이다. 주행거리 이외의 3가지 요인을 결정짓는 부분이며 대표적인 기업으로는 대주전자, 한솔케미칼, 나노신소재 등이 있다. 앞으로 이 분야에 대한 노력이 집중될 것으로 보이며 몇 가지 주요한 첨가제를 살펴보고자 한다.
<실리콘 음극재>
배터리 내 전해질을 기존에는 흑연을 주로 사용해왔지만 효율이 더 높은 실리콘이 조금씩 이를 대체하고 있다. 흑연(LIC6)은 카본 6개+음극 이온 1개, 실리콘(LO4.4Si)은 실리콘 5개+이온 22개로 실리콘의 효율이 훨씬 좋은 것을 알 수 있다. 다만 실리콘은 부피가 팽창하는 문제가 있어 물리적, 구조적 불안정성을 극복 과제로 가지고 있다. 현재 상용화된 전기차 중에는 포르쉐 타이칸이 있으며 실리콘 음극재를 5% 정도 가미한 배터리를 장착하고 있다.
<CNT 도전재>
CNT는 탄소나노튜브로 이 원재료 생산은 많은 기업에서 하고 있지만 이를 분산시키는 기술은 아무나 하지 못하여 기술적 진입장벽이 존재한다. 이 소재는 수명을 늘리는데 유리하며 음극재에서 실리콘의 부피 팽창 문제를 보완해줄 수 있는 역할을 한다. 특허와 기술력 등으로 보존받고 있으며 양극재의 하이니켈은 주행거리만 개선할 수 있다면 CNT도전재는 아머지 3가지 핵심이슈(충전시간, 제품수명, 저온특성)을 개선할 수 있다.