이엔플러스는 서강대학교산학협렵단으로부터 ‘실리콘 나노입자 및 역 오팔 구조의 다공성 탄소 구조체를 포함하는 탄소-실리콘 복합 전극 물질의 제조 방법’ 특허를 확보했다고 31일 밝혔다.
실리콘은 흑연(약370mAh/g) 대비 4200mAh/g의 높은 용량 한계로 새로운 음극 소재로 각광받고 있는 소재 중 하나다. 실리콘 음극재를 적용한 배터리는 기존 흑연 음극재를 적용한 배터리보다 용량이 높기 때문에 에너지 밀도를 크게 개선시킬 수 있다.
실리콘은 매우 높은 용량 한계를 가지고 있는 반면, 탄소계 음극과 달리 충전 및 방전 과정을 거치며 300% 이상의 부피 팽창 및 수축 과정을 거친다는 특징이 있다. 큰 부피 변화는 불안정한 표면 전해질 계면(surface electrolyte interface, SEI)을 형성해 배터리의 수명을 저하시킬 수 있다.
이와 함께 실리콘은 낮은 전기 전도도로 인해 리튬 이온 확산 속도가 상대적으로 느려 율속 특성(충·방전 속도에 따라 용량 유지율이 좋아지거나 나빠지는 특성)이 낮다는 문제가 있었다. 이로 인해 음극재 업계는 충방전 시, 실리콘의 부피팽창 제어와 전기적 특성 유지에 많은 연구를 이어왔다.
이번에 이엔플러스가 취득한 특허는 실리콘의 급격한 부피 변화를 완화시켜 높은 수명을 유지하는 동시에 고용량 특성도 얻을 수 있다. 또한, 해당 기술은 높은 표면적 구조 제작으로 이온 전달 거리가 짧아 율속 특성 또한 우수하다.
이엔플러스 관계자는 “현재 실리콘 음극재 나노 입자 제조 방법은 습식 공정이나 기계적 파쇄 공정 등이 보편적이며, 해당 방법들은 원가 상승 및 성능 개선에 한계가 있다”며 “이번에 확보한 특허는 건식 및 습식 혼합을 통해 간단한 방법으로 탄소-실리콘 복합 전극 물질 제조가 가능해 대량 생산이 쉬울뿐 아니라 생산 비용 절감 효과도 기대할 수 있다”고 말했다.
그는 이어 “이엔플러스는 급성장하는 이차전지 시장에서 자체 특허 출원과 우수한 특허기술의 확보를 통해 지속적으로 관련 기술경쟁력을 강화하는데 총력을 기울이고 있다”며 “이번에 매입한 특허는 전극 사업에 활용해 우수한 실리콘 음극재를 제조하고, 고객사에 공급할 예정이다”고 말했다.
QY리서치에 따르면 배터리용 글로벌 음극재 시장은 지난해 32억달러(약 3조7769억원)에서 오는 2027년 141억달러(약 16조6422억원)로 성장할 전망이다. 특히 실리콘 음극재 시장은 연평균 76.6%의 높은 성장세를 보이며 2027년 10.1%의 시장 점유율로 천연흑연(10%)을 넘어설 것으로 예상하고 있다.
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