전기연구원(KERI)이 개발해 민간기업에 이전한 리튬이온전지용 실리콘·그래핀 복합 음극재 기술이 상용화를 거쳐 음극재 양산을 눈 앞에 두고 있다. 연구원은 전기·전자 소재·부품 전문기업인 ㈜JNC머트리얼즈(대표 이창근)가 충북 제천 국가첨단전략산업 이차전지 특화단지에 입주해 국내 최초의 대규모 그래핀 양산 설비<사진>를 구축했다고 1일 밝혔다.

JNC머트리얼즈는 2021년 11억원의 기술료를 지불하고 전기연구원으로부터 리튬전지용 실리콘·그래핀 복합 음극재 기술을 전수받은 기업이다. 지금까지 원천기술을 스케일업하고 엔지니어링 단계를 밟아왔다. 이어 최근 대규모 그래핀 플랜트 구축한데 이어 최적화에 성공했고, 기술고도화를 위해 현재도 연구원과 협력을 이어가고 있다.

연구원에 따르면 실리콘은 기존 흑연보다 에너지밀도가 10배나 높고 충·방전 속도도 빠르지만 충·방전 시 부피가 3배나 팽창하고 전도도가 낮다는 단점이 있었다. 이에 연구원은 2차원 탄소나노소재인 그래핀을 활용해 전도성이 우수하고 전기·화학적으로 안정적인 그물망 구조의 코팅층을 형성, 실리콘의 부피 팽창에 따른 성능 감소를 완화했다.

특화된 산화·환원법으로 높은 전도성을 갖는 고품질 그래핀을 다양한 점도로 만들어 리튬이온전지 음극 제조 공정에 바로 적용할 수 있도록 ‘수(水)계 분산 기술’을 개발했다. 이를 기반으로 코어인 실리콘을 그래핀이 껍데기처럼 감싸 보호하는 ‘코어-쉘(Core-Shell)’ 구조의 복합 음극재를 대량 생산하는 데도 성공했다.