아이엘사이언스, 리튬이차전지용 고함량 실리콘음극을 위한 기능성 3D집전체 기술개발

[이데일리 이윤정 기자] 아이엘사이언스는 리튬이차전지용 고함량 실리콘음극 구현을 위한 기능성 3D 집전체 기술 개발에 성공해 상용화에 박차를 가하고 있다고 6일 밝혔다.

탄소나노튜브 내부에 음극물질이 접착된 이미지 (사진=아이엘사이언스)

실리콘음극재는 리튬이차전지의 음극으로서 매우 우수한 성능을 가지고 있지만, 부피 팽창문제로 인해 실제 적용에 한계가 있다. 따라서 현재 실리콘음극재는 흑연음극재와 혼합하여 사용되고 있으며, 그 함량은 10% 이하에 그치고 있다.

전 세계적으로 10% 이상의 고함량 실리콘, 더 나아가 실리콘 100%의 퓨어 실리콘음극재 개발 관련 다양한 연구가 진행 중인 바, 아이엘사이언스가 개발한 기능성 3D 집전체 기술은 이러한 연구에 크게 기여할 것으로 예상된다.

또한 아이엘사이언스와 산학협력 연구를 수행 중인 가천대학교 윤영수 교수 연구팀에서는 최근 음극재의 팽창문제를 개선할 수 있는 탄소나노튜브 처리 공정도 개발했다. 탄소나노튜브는 우수한 기계적 강도와 전기 전도성을 가지고 있어서 배터리 분야에서 다양하게 활용되고 있다.

윤교수팀이 개발한 공정은 탄소나노튜브의 내부에 나노스케일의 음극물질을 접착시킬 수 있는 기술이 적용돼 실리콘의 팽창문제를 크게 개선할 수 있을 것으로 보인다. 탄소나노튜브와 관련된 연구는 아이엘사이언스·가천대 공동연구팀이 2024년 초 SCI 학술지 ‘Carbon’에 논문을 발표하는 등 그동안 지속적인 성과를 보여 온 분야다.

아이엘사이언스 관계자는 “당사가 보유한 기능성 3D 집전체 기술과 가천대 연구팀의 탄소나노튜브 처리 기술을 융합하면 실리콘의 팽창문제를 마이크로스케일, 나노스케일의 두 가지 관점으로 억제할 수 있기 때문에 그 효과가 극대화될 것으로 전망한다”며 “가천대와의 산학협력 및 지난해 실리콘음극재 관련 글로벌기업과 체결한 LOI(기술개발의뢰 및 구매의향서)를 바탕으로 고함량 실리콘음극용 기능성 3D 집전체의 상용화에 박차를 가하고 있다”고 설명했다.

아이엘사이언스가 양산 준비 중인 차세대 고함량 실리콘음극재는 기존 소재 대비 배터리 용량을 10배가량 늘려 전기차의 주행거리를 늘리는 동시에 배터리 급속충전 설계도 용이하게 만드는 장점이 있다.