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칼코제닉, 고출력·고용량화 가능 … 전고체전지로 용도 확대 검토

일본기업이 LiB(리튬이온전지) 음극용 신소재를 개발했다.
칼코제닉(Chalcogenic)은 LiB(리튬이온전지)용 소재로 이목을 끌고 있는 황화주석 분산액 개발에 성공한 것으로 알려졌다. 칼코제닉은 벤처기업으로 14족 칼코게나이드(Chalcogenide) 소재를 생산·판매하고 있다.
새로 개발한 황화주석 분산액을 음극에 적용하면 높은 출력과 용량을 겸비한 차세대 LiB를 실현할 수 있으며 배터리 생산기업을 중심으로 널리 제안할 계획이다.
2025년까지 시험제작 양산체제를 정비하고 생산위탁을 포함 2026년 양산으로 이행하는 방안을 검토하고 있다. 하이엔드 LiB를 대상으로 2031년 매출 400억엔(약 3635억원) 달성을 기대하고 있다.
흑연과 같은 층 구조를 지닌 황화주석은 다양한 전자기기에 2차 원재료로 응용될 것으로 기대되고 있으며, 특히 LiB 음극에 적용했을 때 이론상 리튬티탄산화물(LTO)을 음극에 사용한 고출력계 LiB 이상의 출력 특성과 고용량화를 양립시킬 수 있는 것으로 알려졌다.
칼코제닉은 자체 생산하고 있는 황화주석 나노시트를 분산액으로 투입하면 LiB용 소재로 사용할 때 편의성을 개선할 수 있을 것으로 판단하고 독자적인 생산설비를 활용해 황화주석을 미세화함으로써 높은 분산성을 보유한 입자 개발에 성공했다.
칼코제닉은 자체 검증단계에서 분산성이 양호한 것으로 평가하고 있다. 물을 용매로 사용해 5wt% 농도로 황화주석을 분산시켰을 때 유체역학적 직경 256.8나노미터, 투과율 0.04%로 17시간이 지나도 분산상태를 유지했다.
칼코제닉은 황화주석을 LiB 음극에 적용하기 위해 농도를 높인 황화주석 분산액을 사용하는 방법을 구상하고 있으며 분산액, 활물질, 바인더를 조합해 음극을 구성하나 분산액 농도는 수요기업의 니즈에 맞춰 조정할 방침이다.
또 황화주석을 구성하는 원소 유황과 주석 모두 자연계에 풍부하게 존재하기 때문에 안정적인 공급과 양산 코스트 절감이 가능할 것으로 판단하고 글로벌 배터리 생산기업을 대상으로 제안을 강화할 계획이다. 2023년 7월부터 샘플 공급을 개시한다.
칼코제닉은 독자적으로 시험양산 설비 건설을 계획하면서 일반 양산은 위탁생산 및 라이선스 계약을 검토하고 있을 뿐만 아니라 개발한 분산액을 중심으로 LiB 음극재 사업으로 진출도 계획하고 있는 것으로 알려졌다.
여기에 전고체전지용 음극재와 전극이중층 슈퍼커패시터(EDLC), LiC(리튬이온커패시터), 가스·바이오 등 각종 센서, 고체 윤활제로 용도 확장을 모색하는 등 LiB 이외 분야에 적용할 수 있는 폭을 확대할 방침이다.
니시무라 시게오(Nishimura Shigeo) 칼코제닉 대표는 “LiB 생산기업과 협업 및 스케일업을 위한 생산방법 개발 등을 추진할 계획”이라며 “활물질도 분산시켜 보다 부가가치가 높은 소재 솔루션을 구현할 예정”이라고 강조했다.
칼코제닉이 생산하는 14족 칼코게나이드 소재는 주기율표 14족 원소인 주석과 게르마늄, 유황, 셀레늄 등 16족 원소의 화합물로 황화주석, 황화게르마늄이 대표적이며 시트로 만든 화합물이 기초연구 레벨에서 다양하게 활용되고 있다. (Y)