[더구루=오소영 기자] 삼성SDI가 미국에서 혼합 음극재 특허를 취득했다. 입자 크기가 서로 다른 흑연과 실리콘탄소복합체를 배합해 실리콘의 단점인 팽창 문제를 개선하고 수명과 에너지밀도 모두 끌어올린다. 자체적으로 소재 기술을 확보하고 미래 배터리 경쟁력을 강화한다.
30일 미국 특허청에 따르면 삼성SDI는 해당 음극재 특허를 출원하고 취득 절차를 진행 중이다. 특허명은 '복합 음극 활물질과 이를 포함하는 음극 및 리튬 이차전지(Composite anode active material and anode and lithium secondary battery including the same)'다. 2020년 7월 10일 출원 후 지난 24일 공개됐다.
이 특허는 평균 입자 크기(D50)가 약 18마이크로미터(μm) 이상인 흑연과 약 10μm 이상인 흑연, 그리고 실리콘탄소복합체를 혼합한 음극재 기술을 담고 있다. 서로 다른 크기의 흑연을 조합해 전극 내부를 치밀하게 채우고 구조적 안정성을 높이고 수명을 늘리는 것이 핵심이다. 충·방전 과정에서 발생하는 배터리 스웰링(부풀어오르는 현상)을 해소하는 동시에 흑연 대비 약 10배 높은 리튬 저장 용량을 갖춘 실리콘의 장점을 극대화해 에너지밀도도 높일 수 있다.
삼성SDI는 이번 특허를 통해 음극재 핵심 기술을 선제적으로 확보하고 차세대 배터리에 적용할 것으로 전망된다.
음극재는 양극재, 전해액, 분리막과 함께 배터리 4대 소재로 꼽힌다. 양극에서 이동한 리튬이온을 저장했다가 방출하며 전류 흐름을 만들어낸다. 배터리의 용량과 출력, 수명 등 전반적인 성능을 좌우하는 핵심 소재다.
삼성SDI는 자체 음극재 기술 개발에 지속적으로 투자해왔다. 천연 흑연과 인조 흑연의 장점을 결합한 하이브리드 흑연 'FSG(Finely Scaly Graphite)'를 개발해 2020년부터 적용하고 있으며, 충전 성능을 개선한 2·3세대 제품도 추진 중이다.
또한 각형 배터리 P6과 원통형 배터리 46파이에 실리콘탄소복합체 'SCN(Si-Carbon Nanocomposite)'을 적용했다. 실리콘을 머리카락 두께의 수천 분의 1 수준으로 나노화해 복합화하는 방식으로 팽창 문제를 완화하면서 고용량을 확보했다. 실리콘 함량을 40%까지 높인 2세대 제품에 이어, 60% 수준까지 확대한 4세대 기술 개발도 진행하고 있다.
