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[학습조직 탐방] 차세대 에너지 산업의 심장 이차전지 기술

미래의 산업은 에너지를 선점하는 자가 지배한다고 해도 과언이 아닐 정도로 중요하다. 네패스의 새로운 먹거리가 될 에너지 관련 제품을 생산하기위해 연구하고 실습하는 이차전지 기술 연구회를 찾아가 보았다.  

취재 김형기 대리(kimhk0317@nepes.co.kr)

 

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Q1. 네패스의 미래 먹거리를 책임질 기술 연구회를 소개하는 코너에 선정되심을 축하 드립니다. n가족에게 이차전지 기술 연구회를 소개해 주세요.

 

‘이차전지란 무엇인가?’ 라는 질문이 우리 기술 연구회의 시작점이자, 만들어지게 된 계기였다고 생각합니다. 이차전지는 구매하여 한번 사용하고 버리는 일차전지와 달리 충전과 방전이 수백 회 반복적으로 가능한, 즉 오랜 기간 사용 가능한 에너지 저장 장치를 의미합니다. 앞으로의 기술은 에너지 산업의 선점이 기업의 성패를 좌우한다고 봐도 무방할 것으로 여겨집니다. 우리 연구회는 이러한 needs를 잘 이해하고 기존에 개발되는 기술의 동향 및 기술 개발 트렌드에 대해 함께 이야기하며, 기술의 소개 및 발전 방향 등에 대해 다양한 견해를 갖는 사람들이 모여 생각을 공유하고 있습니다.

 

 

Q2. 이차전지 기술에 대해서 n가족이 이해할 수 있도록 설명 부탁 드립니다.

 

90년대 초반 소니가 음극에 리튬금속이 아닌 흑연을 음극으로 채용한 리튬이온전지의 상업화에 성공하면서 휴대폰, 노트북 같은 소형 배터리 시장에서 선도적 지위를 차지하게 됩니다.

리튬이온전지의 주요 구성요소는 음극, 양극, 분리 막 및 전해액의 4대 구성요소로 크게 구분할 수 있으며, 음극과 양극은 산화, 환원 반응으로 리튬 이온의 저장 및 제공 역할, 전해액은 리튬의 이동 통로 제공, 음극과 양극의 접촉을 막아주는 분리 막으로 구성됩니다. 여기의 음극에는 구리, 양극은 알루미늄의 foil에 활물질로 코팅되어 있는 것을 의미하며, 양극에는 리튬 복합 금속 산화물이, 음극에는 흑연이 코팅되어 있습니다.
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Q3. 네패스의 이차전지 관련 기술 개발 동향에 대해서 설명해 주세요.

 

네패스 기술원 신소재연구소의 전지소재그룹에서는 실리콘(Silicon, Si)계 활물질을 이용한 리튬이차전지용 음극전극을 개발하고 있습니다. 무기물계 활물질 Si, Ge, Sn, Sb 중 실리(Silicon, Si)계 음극활물질은 상온에서 리튬이온과 반응 시 매우 높은 용량(3,650mAh/g)으로 기존 사용되는 흑연 보다 약 10배 이상의 용량을 구현 할 수 있는 장점이 있습니다. 그러나 실리콘과 같은 무기물계 음극활물질은 리튬의 삽입/탈리(전지의 충/방전)시 약 400%의 부피변화가 발생하여 집 전체(Cu-foil)와 활물질의 접촉이 약해지면서 용량이 점점 감소하는 치명적인 단점이 있습니다. 이러한 문제점을 전지소재그룹에서는 실리콘계 나노입자, 합금, 산화규소의 산화도 수준, 다공성 구조 실리콘 등 다양한 활물질을 선별 및 도입하는 연구를 수행하고 있습니다. 또한 실리콘계 활물질의 성능 개선을 위해 높은 탄소계로 코팅된 실리콘활물질을 도입하여 실리콘계 활물질의 단점을 보완하고 리튬이온전지의 음극활물질로서 가져야 할 조건인 고용량, 장 수명 특성 및 고 효율을 만족하는 음극 전극을 개발 중에 있습니다.

개발된 고 용량 음극전극을 채용한 소형 전지의 제작에도 영역을 확대하고 있습니다. 이렇게 개발된 고용량 음극전극의 부품을 활용하여 웨어러블디바이스용 등 얇고 휘어지는 이차전지의 상품화를 계획하고 있으며, 향후 몇 년 안에 확대될 전기차(EV) 시대를 맞아 이차전지의 수요가 급증할 것으로 예상, EV용 배터리에 들어갈 고용량/고출력/고안정성 음극 전극의 품질을 확보하고 시장에 전개하여 최고의 제품을 만들고자 연구 중에 있습니다.
 

 

Q4. 이차전지 기술 연구회의 목표는 무엇인가요?

 

리튬이온 이차전지에 대한 기술적 이해도를 높이고, 기술 토론을 통한 정보, 기술을 습득하고, 외부 전문가 및 업체 협업을 통해 신규 아이템 발굴하는 것이 목표입니다. 다만 기술 연구회를 처음 진행해 보는 상황이라 연구회 회원들의 참여 동기 부여를 위해 기술의 난이도 면에서 쉬운 주제부터 조금 심화된 주제까지 다루는 것으로 각 회차별 내용을 편성하였습니다.
리튬이온 이차전지의 기본 원리 및 이론으로 시작하여, 업무 중 미처 생각하지 못하는 다양한 이차전지의 형태와 어플리케이션, 그리고 이슈가 되었던 S社 스마트폰의 폭발, 화재 발생 메커니즘 및 그 원인에 대해서 조사하고 자유롭게 의견을 교환하였을 뿐 아니라 이차전지 패키지를 위해 필요한 소재, 부품까지 그 주제를 다루어 보았습니다. 회원들 중 전지 개발 업무를 하지 않는 인원들도 충분히 자료 조사를 진행해서 회원들 모두 자유롭게 토론하는 기회도 가질 수 있었습니다. 업무 외적으로 자주 만나지 못하는 분들과의 교류 기회도 덤으로 가질 수 있었습니다.

향후에도 더욱 참신한 주제를 도출하여 연구회를 통해 새로운 개발아이템도 발굴하는 것이 목표이며, 주변의 이차전지 관련 기업들과의 기술교류 등도 기획하고 있습니다. 2기 회원 모집시 여러 분야 네패스인의 많은 관심과 참여를 부탁드립니다.