배터리는 현대 사회에서 핵심적인 역할을 하며, 이를 구성하는 요소 중 하나가 음극재입니다. 음극재는 22차 전지의 충전 속도, 수명, 용량 등에 큰 영향을 미치는 중요한 소재입니다. 이 포스팅에서는 음극재의 개념과 역할, 그리고 국내 음극재 관련 기업들을 살펴보겠습니다.
음극재란?
음극재는 22차 전지의 핵심 소재 중 하나로, 배터리의 용량, 수명, 충전 속도를 결정합니다. 이차전지는 양극재, 음극재, 분리막, 전해질로 구성되며, 음극재는 다음과 같은 역할을 수행합니다. 양극재와 음극재는 배터리의 용량과 평균 전압을 결정합니다. 양극재는 리튬이온 소스로 배터리의 용량과 평균 전압을 결정합니다. 음극재는 충전 속도와 수명을 결정하며, 양극에서 나온 리튬이온을 저장하여 외부 회로를 통해 전류를 흐르게 합니다.
흑연 음극재 (Graphite Anode)
흑연은 리튬이온 배터리에서 가장 널리 사용되는 음극재입니다.
장점 :
안정성 : 흑연은 안정적이고 잘 알려진 소재입니다.
성능 : 충방전 사이클에서 안정적인 성능을 제공합니다.
단점 :
용량 한계 : 흑연은 상대적으로 낮은 용량을 가지고 있습니다.
부피 변화 : 충방전 사이클 동안 부피 변화가 발생하여 배터리 수명에 영향을 줍니다.
실리콘 음극재 (Silicon Anode)
실리콘은 흑연보다 높은 용량을 가지는 음극재로 주목받고 있습니다.
장점 :
고용량 : 이론적으로 실리콘 기반 음극재는 상용화된 흑연계 음극재보다 10 배 이상의 높은 용량을 가집니다.
성능 향상 : 충방전 사이클에서 더 높은 에너지 밀도를 제공합니다.
단점 :
부피 변화 : 실리콘 음극재는 충방전 사이클에서 약 4 배 정도의 부피 변화를 동반합니다.
입자 파편화 : 부피 변화로 인해 입자 파편화와 전극 벗겨짐 문제가 있습니다.
기타 음극재 연구
다른 음극재로는 탄소복합재, 나노실리콘, 리튬메탈 음극재 등이 연구되고 있습니다.
이들은 각각 고용량, 장수명, 안전성 등 다양한 특성을 가지고 있으며, 연구자들은 이러한 소재들을 개선하고 최적화하는 방향으로 연구를 진행하고 있습니다.
음극재의 산업 전망과 현황
산업 전망 : 2 차전지 시장의 성장세와 함께 음극재 시장도 급격한 성장이 예상됩니다. 전체 음극활물질 수요량은 현재 약 19 만 톤 수준에서 2025 년까지 약 136 만 톤으로 연평균 39% 성장할 것으로 관측되고 있습니다.
음극재관련기업
포스코케미칼 : 음극재 사업을 성공적으로 추진하며 국내 1 위, 세계 시장 11% 점유.
한솔케미칼: 음극재 관련 분야에서 활발한 활동을 보이고 있습니다.
애경케미칼: 음극재 관련 분야에서 주목받고 있습니다.
동진쎄미켐 : 음극재 사업을 추진하며 성장 중인 기업입니다.
나노신소재: 음극재 관련 기술 개발에 주력하고 있습니다.
포스코퓨처엠 (POSCO Future Materials):
포스코퓨처엠은 실리콘 음극재를 사업화하고 전고체 배터리용 리튬메탈 음극재까지 개발하는 방침입니다.
실리콘 음극재는 흑연 대비 에너지 밀도가 높아 충전 속도와 주행 거리를 향상시킬 수 있는 소재입니다.
엠케이전자 (MK Electronics):
엠케이전자는 실리콘 음극재 시장 진출을 위해 기존 실리콘 음극재의 단점을 보완하는 핵심 기술을 개발하고 있습니다.
일진전기 (Iljin Electric):
일진전기는 실리콘 음극재를 개발 중으로, 최근 2 차전지용 고용량 Si 합금계 음극활물질의 수명을 대폭 향상시킨 성과를 얻었습니다.
원준 (Wonik Materials):
원준은 실리콘 음극재를 주로 LG 에너지솔루션에 공급하며, 최종적으로 포르쉐 타이칸, 아우디 e-tron GT 등에서 채택되는 것으로 알려져 있습니다.
대주전자재료 (Daeduck Electronics Materials):
대주전자재료는 실리콘 음극재를 주로 LG에너지솔루션에 공급 중이며, 최종적으로 포르쉐 타이칸, 아우디 e-tron GT 등에서 채택되는 것으로 알려져 있습니다.