음극재 충전 시 리튬이온을 저장,배터리 충전속도와 수명을 결정

음극재 충전 시 리튬이온을 저장,배터리 충전속도와 수명을 결정

 

 

출처 : 포스코퓨처엠 홈페이지

 

음극재는

음극재는 배터리의 4대 소재 중 하나이며, 원가 중 14% 정도 차지합니다.

음극재는 배터리 충전시 리튬이온을 저장하는 역할을 합니다. 그리고 배터리의 충전속도와 수명을 결정짓습니다.

음극재는 얇은 동박에 활물질을 입혀서 만듭니다. 음극재 또한 양극재만큼이나 고도의 기술력이 필요합니다.

 

음극재는 흑연을 사용하고 있습니다. 흑연에는 천연흑연과 인조흑연으로 나누고 천연흑연은 초기에는 용량이 뛰어나지만 충전과 방전을 반복하게 되면 용량이 급속히 떨어지는 단점이 있습니다. 반면에 높은 열처리를 통해 만든 인조흑연은 수명과 고출력을 만들어 낼 수 있지만 가격이 천연흑연의 2배 정도로 비싸다는 단점이 있습니다.

 

천연흑연과 인조흑연은 각각 장단점이 있어 혼용해서 사용하고 있으나 전기차 중심의 고성능 이차전지의 수요가 증가하면서 이에 맞추어 흑연도 고성능인 인조흑연의 음극재가 더 많이 쓰이고 있습니다.

인조흑연의 점유율은 21년 63%에서 25년 70%,30년에는 75%로 전망되고 천연흑연은 21년 34%에서 25년 24%,30년은 16%로 축소될  전망입니다.

 

음극재 시장도 중국기업들의 점유율이 높습니다. 중국기업들이 전체 음극재 시장의 72%, 일본은 20%, 한국은 8% 차지하고 있습니다. 중국이 점유율이 높은 이유는 음극재의 핵심 원재료인 흑연이 중국에 거의 대부분 매장되어 있기 때문입니다. 이렇듯 한국기업은 흑연의 공급을 전적으로 중국 등 해외에 의존하고 있습니다. 

 

차세대 음극재로 각광을 받고 있는 실리콘 음극재

차세대 양극재로는 하이니켈이 주목을 받고 있습니다. 하이니켈로 배터리의 용량이 향상됨에 따라 음극재도 리튬이온을 보다 더 많이 저장할 수 있는 차세대 음극재로 실리콘 음극재가 주목받고 있습니다. 

이론적으로 실리콘이 흑연보다 10배 이상 리튬이온을 저장할 수 있어서 주행거리를 급격히 증가시킬 수 있습니다. 하지만 실리콘 음극재는 인조흑연보다 가격이 2배이상 비쌉니다. 아직까지 상용화는 힘들지만 음극재 시장 수요의 확대로 23년은 1%에서 25년 4%,30년은 7%까지 늘어날 것으로 예상됩니다.

 

국내에 음극재를 생산하는 기업은 포스코퓨처엠(이전 사명 : 포스코케미칼)으로 생산캐파는 천연흑연기준 21년 6.9만톤에서 25년 17.2만톤으로 확대될 것으로 전망됩니다. 포스코퓨처엠은 국내 3사(LG에너지솔루션,삼성SDI,SK이노베이션) 모두에게 납품을 하고 있습니다.

 

기존의 음극재는 이미 중국기업들이 가격과 물량 공세로 이미 확고히 자리를 잡고 있습니다.따라서 국내의 기업은 실리콘 음극재 등 차세대 제품 시장에 진출을 하고 있습니다. 국내 기업으로는 대주전자재료,한솔케미칼,SK머티리얼즈 가 있습니다. 현재 실리콘 음극재를 생산하고 있는 기업으로는 중국의 BTR, 일본의 신에츠, 한국의 대주전자재료 입니다.

 

국내 음극재  사업현황을 살펴보면,

- 포스코퓨처엠은 천연흑연,인조흑연을 생산하며, 국내 유일한 천연흑연 음극재를 양산중에 있으며 25년 부터는 인조흑연도 양산할 예정입니다.

- 대주전자재료는 실리콘산화물을 생산하며, LG에너지솔루션을 통해 포르쉐 타이칸에 공급중입니다.