김 상무는 '차세대 배터리 세미나(NGBS) 2020'에서 LG화학이 전기차 배터리에 실리콘을 적용한 음극재를 사용하고 있다고 밝혔습니다. 현재 전 세계 배터리 기업 가운데 LG화학과 파나소닉 두 곳만 음극재 실리콘을 사용하고 있습니다. 실리콘을 이용한 음극재로의 변화는 예정된 수순이었지만, 기술적으로 극복할 요소가 많아 '언제' 전환이 될지 그 시기가 중요하였습니다. 하지만, 위와같은 발표로 인해 LG화학이 실리콘 배터리를 상용화하는 기술력을 갖췄을 것이라 판단됩니다.
실리콘 음극재의 사용 이유
현재 음극재는 흑연이나 인조흑연을 사용하고 있습니다. 흑연은 부피당 용량이 적은 한계로 인해 고용량 구현이 어려워 대체재 연구가 진행되어 왔습니다. 그 대체재로 주목받는 것이 실리콘 입니다. 실리콘은 흑연에 비해 10배 이상의 에너지 밀도를 가지고 있기 때문입니다. 이러한 특성은 음극재에 구조적 안전성을 가져와 다양한 면에서 긍정적인 영향을 끼칠 수 있습니다.
기존 흑연 음극재는 지속적인 충방전이 이루어지면 구조적인 문제로 배터리 변형이 일어납니다. 또한, 흑연은 에너지 밀도가 370mAh/g가 한계입니다. 그렇기에 흑연 음극재의 한계는 이미 명확하였습니다. 그에 반해 실리콘 음극재를 사용하면 1000~2000회 충방전이 이뤄지더라도 배터리 변형을 최소화할 수 있으며, 에너지 밀도를 400mAh/g 이상으로 높이며 배터리가 부풀어 오르는 스웰링(Swelling) 현상도 억제할 수 있습니다. 이러한 점은 새로운 형태의 배터리를 개발할 가능성을 품고 있습니다.
김 상무는 "배터리 개발에서 장수명이 가장 어려운 부분"이라며 "배터리 설계와 함께 양·음극 두꺼워지거나 가스 발생을 최소화하도록 하는 등 변형을 최소화하는 것이 필요하다"고 설명했습니다. 이처럼 기술적 문제가 남아있어 아직, 실리콘 음극재로 구성된 배터리의 완전한 양산은 시간이 필요하다고 생각합니다. 하지만 그 시기는 오래가지 않을 것이라 판단합니다.
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