미국 벤처기업이 전동공구 파워용 LiB(리튬이온전지) 음극 첨가제 양산에 나서 주목된다.
미국의 음극 첨가제 전문 벤처기업인 NanoGraf는 실리콘(Silicone)계 음극 첨가제를 활용해 전동공구 등 파워용 LiB 시장을 개척하고 있다.
그래핀으로 실리콘 입자를 감싸는 독자적인 기술을 활용해 충‧방전을 반복하면 체적이 급격하게 변화해 열화되는 실리콘계의 과제를 해결했으며 조만간 에너지밀도와 사이클 특성을 향상시킨 신규 그레이드의 샘플 출하를 시작할 계획이다.
이후에는 NanoGraf에게 출자하고 있는 JNC의 이치하라(Ichihara) 공장을 활용해 2021년부터 양산하고 2-3년 후에는 생산능력을 1000톤 수준으로 확대하는 것을 목표로 하고 있다.
NanoGraf는 2012년 노스웨스턴대학이 스핀아웃 형식으로 설립한 벤처기업으로 시카고에 본사와 연구개발(R&D) 센터를 두고 있으며 직원 수는 22명으로 파악되고 있다.
JNC는 2015년부터 공동 개발을 시작해 2018년 250만달러를 출자했고 현재는 이치하라에 소재한 파일럿 플랜트에서 샘플을 생산해 배터리 생산기업들에게 공급하고 있다.
글로벌 실리콘계 음극 첨가제 시장규모는 현재 약 1000톤 수준이며 앞으로 10%대로 가파르게 성장할 것으로 예상되고 있다.
LiB 수요 증가와 함게 파워 용도에서는 음극 첨가율이 현재 5% 수준이나 앞으로 3년 안에 20-30%로 확대될 가능성이 높기 때문이다.
실리콘계 소재는 기존 흑연에 비해 용량이 큰 반면 충‧방전 과정에서 급격하게 팽창‧수축해 체적이 크게 변화하기 때문에 반복적으로 충‧방전을 실시하면 소재에 크랙이 생겨 열화되고 용량 저하를 일으킬 수 있다는 점이 지적되고 있다.
탄소로 표면을 코팅하는 방법이 고안됐으나 팽창‧수축 때문에 코팅한 표면에 금이 가고 사이클 특성을 향상시키기 어렵다는 단점이 제기됐다.
NanoGraf이 생산하는 실리콘계 음극 첨가제는 실리콘 입자를 여러겹 겹친 그래핀으로 감싸는 방식이며 충‧방전으로 실리콘이 팽창‧수축될 때에도 주변을 감싼 그래핀끼리 서로 스치도록 함으로써 랩층과 실리콘 소재에는 크랙이 발생하지 않도록 유도하고 있다.
고출력이 요구되는 파워용 LiB 채용을 기대하고 있으며 전동공구 생산기업과 샘플 출하를 추진하고 있을 뿐만 아니라 동일한 용도로 배터리 생산기업에게도 샘플을 공급해 무선청소기, 드론, 전자담배 등으로 채용 분야가 확대될 것으로 기대하고 있다.
자동차용으로 적용하기 위해서는 에너지밀도 향상에 주력하고 있으며 기존 G4의 뒤를 잇는 신규 그레이드의 샘플 출하를 시작한 것으로 알려졌다.
실리콘 입자 조성과 구조를 변경하면 초기클론효과(FCE)를 향상시켜 에너지밀도 향상과 사이클 특성 개선을 이끌어낼 수 있을 것으로 기대하고 있다.
2개의 기술을 적용한 G5는 3월부터, G6는 4월부터 공급할 계획이다.
NanoGraf는 JNC와의 협업을 통해 코스트 다운을 실현했으며 일부를 교체하기만 해도 전해액 조성을 바꾸어야 하는 다른 소재들과 달리 기존 프로세스에서 그대로 생산할 수 있다는 강점을 살려 공급을 본격화할 계획이다. (K)