에코프로비엠이 단결정 양극재를 개발해 원통형 배터리 시대에 대비한다. 고유의 불순물(도펀트) 도포와 표면 코팅 기술 등으로 내구성과 열 안정성을 강화한다.
양제헌 에코프로비엠 선행개발미래전략팀 이사는 20일 테크코리아 2022에서 '차세대 양극재 기술동향'을 주제로 발표했다. 양 이사는 이차전지 시장에 대해 “원통형 배터리가 주목받으며 이에 적합한 건식전극 도입 연구가 활발히 이뤄지고 있다”고 소개했다.
테슬라가 2020년 지름 46mm, 높이 80mm 크기의 '4680' 원통형 배터리 개발 계획을 밝히면서 4680 원통형 배터리에 관심이 커지고 있다. 양 이사는 “4680 배터리는 기존 2170(지름 21mm, 높이 70mm)보다 네 배 이상 커 안정적으로 양산 시 원가를 낮출 수 있다”고 설명했다. '셀투바디(모듈을 거치지 않고 팩으로 조립) 형태로 차량에 탑재돼 경량화와 공정 최소화를 꾀할 수 있다.
4680 배터리에 건식 전극공정을 도입하기 위한 시도도 활발하다. 건식 전극공정은 필름 형태 롤 위에 활물질을 미리 코팅하고 전극에 붙였다 떼는 방식이다. 습식전극과 달리 건조공정을 거치지 않는다.
양극재 업계 역시 건식 전극에 적합한 양극재 개발에 몰두하고 있다. 양 이사는 “건식 전극에 단결정 양극재가 다결정 양극재보다 유리하다”고 말했다. 건식 전극은 고온·고압 프레스 공정을 거치기 때문에 이를 견디는 내구성이 중요하다. 양 이사는 “단결정 양극재는 다결정에 비해 밀도가 높아 프레스 공정에서 균열을 최소화할 수 있다”고 설명했다.
양 이사는 단결정 양극재를 도입하기 위한 조건으로 낮은 저항값 확보를 들었다. 단결정 양극재는 구조 특성상 다결정에 비해 저항값이 높다. 여기에 4680 배터리에는 기존 PVDF 바인더보다 저항값이 높은 PTFE 바인더가 활용된다.
양 이사는 단결정 양극재 성능 확보 방안으로 도펀트 도포와 표면 코팅을 제시했다. 양 이사는 “산소 친화 물질을 도포한 결과 리튬 이온이 확산되며 저항이 감소했다”고 말했다. 충방전 사이클을 100회 이상 반복하면 도펀트를 바르지 않은 양극재에 비해 수명을 높일 수 있다.
표면 코팅은 균열을 방지하기 위해 활용한다. 양 이사는 “실험 결과 표면 코팅에 따른 균열 여부는 선명하게 드러났다”고 말했다. 코팅 재료로는 금속 산화물, 불화물, 인산염 등이 꼽힌다.
양 이사는 “도펀트 도포와 표면 코팅 기술력을 얼마나 확보했느냐가 앞으로 5~10년간 양극재 업계 경쟁력을 좌우할 것”이라고 예상했다. 이어 “에코프로비엠 역시 연구개발(R&D)을 통해 단결정 양극재 기술력을 강화해 차세대 양극재 시대를 대비하고 있다”고 덧붙였다.
송윤섭기자 sys@etnews.com
