01 실리콘, 탄소, 흑연 복합음극재

• 현재 음극재는 규칙적인 층상구조로 쌓여 있는 흑연을 주로 사용하고 있으며, 크게 천연 흑연과 인조 흑연으로 나뉜다. 천연 흑연은 리튬이온을 보관할 수 있는 가장 안정적이면서 저렴한 재료였으나, 사용 중 팽창 문제로 구조적 안정성이 점차 떨어지자 이를 개선한 인조 흑연의 사용 비중이 점차 높아지는 상황이다. 인조 흑연은 3000℃ 이상의 고온 열처리를 통해 만들어져 천연 흑연에 비해 결정성이 높고 구조가 더 균일해 안정성이 높다.
• 실리콘 음극재는 기존 흑연계 음극재보다 에너지밀도가 약 10배 높아 전기차의 주행 거리는 늘리고, 급속 충전 설계가 쉬워 충전 속도를 단축할 수 있다는 장점이 있다. 게다가 실리콘은 친환경적이고 지구상에 풍부하게 존재해 경제적인 소재이기도 하다. 이 같은 장점에도 불구하고 실리콘 음극재는 배터리 충전 시 4배 가량 팽창하는 문제가 있다. 따라서 실리콘 구조 안정화를 위한 연구 개발을 진행하고 있으며, 배터리의 부피 팽창 부작용을 어떻게 빨리 개선하느냐가 시장 주도권을 확보할 수 있는 포인트가 될 것이라 보고 있다.
• 이와 같은 문제점을 해결할 수 있는 방법으로 제시된 것이 실리콘-탄소-흑연 복합 음극재 제조기술이며, 이를 통해 실리콘 음극재가 갖고 있는 장점은 극대화 하고 단점인 부피팽창을 억제함으로써 배터리 수요가의 요구에 대응할 수 있다.

• 실리콘 입자의 크기조절을 통해 매우 다양한 복합형태의 음극재 제조가 가능하며, 실리콘 입자와 표면성능 개선재의 크기를 1미크론 수준으로 제어하는 것도 가능하다.
• 5%의 복합화로 초기용량 500mAh/g로 300cycle까지 100%의 효율을 나타 내었다.

03 음극 표면성능 개선재

• 천연 흑연계 음극재는 주로 판상의 흑연을 원료로 사용하므로 입자의 표면에 다량의 활성부위와 모서리부분이 노출되어 있으며, 이들 판상의 입자들은 비표면적이 높을 뿐만 아니라, 전해질과의 반응에 의한 덴드라이트 형성이 쉬워지므로 성능저하의 원인으로 작용 한다.
• 전기화학적 성능향상에 있어서 구상화의 효과는 입자의 비 표면적을 감소시킴과 동시에 모서리부분의 노출점을 없애 줌으로써, 충전밀도를 개선시킴과 동시에, SEI층의 형성을 억제해 주는 효과가 있다.
• 흑연 음극재는 구상화를 통해 음극재의 비 용량, 1차 충방전효율 및 사이클 특성을 크게 향상시킬 수 있으며, 낮은 비표면적은 전해질과의 접촉면적을 감소시켜 줌으로써 SEI층 형성을 억제하게 되며, 표면코팅을 통해 뛰어난 성능향상이 가능하다.

건식 표면성능 개선재

• 당사의 건식 표면성능 개선재는 입자크기가 나노 사이즈의 초미세 분말로 음극재의 표면코팅을 통해 용량증가 및 수명확대 효과가 뛰어난 초미분제품이다.
• 2010년부터 제품생산 및 대기업들에 판매 경험을 보유하고 있을 뿐만 아니라, 생산설비 구축을 위한 모든 엔지니어링 기술을 확보하고 있다.

• 건식 표면성능 개선재를 코팅하기 전의 음극재 표면은 울퉁불퉁하며, 많은 표면기공과 균열이 존재하고 있음을 알 수 있다.
• 그러나 표면코팅 후에는 음극재 표면이 균열이나 기공의 존재도 확인할 수 없을 정도로 매우 매끄럽게 변한 것을 알 수 있다.