일본 기업 Asahi Kasei는 실리콘 기반 음극을 탑재한 고전압 리튬 이온 배터리에 리튬을 사전 첨가하는 새로운 기술을 개발했다고 발표했다. 이 기술은 일반적으로 첫 번째 충전 및 방전 사이클에서 발생하는 영구적인 용량 손실을 줄이고, 에너지 밀도를 높이며, 실리콘이 풍부한 배터리의 비용을 낮추는 것을 목표로 한다.
이 방법은 리튬 탄산염을 추가 리튬 공급원으로 사용하는 방식이다. 리튬 탄산염은 비교적 저렴하고 리튬 이온 배터리 산업에서 사용된 이력이 있는 물질이다. 그러나 분해 전압이 일반적인 배터리 셀의 정격 작동 범위보다 훨씬 높기 때문에 리튬 사전 첨가에 사용하기는 어려웠다.
기술은 어떻게 작동하는가?
Asahi Kasei는 전해질에 특수 첨가제를 사용해 표준 리튬 이온 배터리의 일반적인 셀 전압에서 리튬 탄산염의 분해를 촉진한다. 리튬 탄산염은 희생성 리튬 공급원으로 양극에 사전 첨가되며, 초기 충전 과정에서 분해되어 셀에 리튬을 공급한다.
이 단계가 중요한 이유는 실리콘 음극에서 잘 알려진 문제를 해결하기 때문이다. 실리콘 음극은 첫 충전 과정에서 상당한 용량을 비가역적으로 잃는다. 일반적으로 이러한 손실을 보상하려면 양극의 활물질을 더 많이 사용해야 하며, 이는 재료 소비와 비용을 증가시킨다.
시험 결과와 제조 가능성
니켈·망간·코발트, 즉 NMC로 구성된 셀에 대한 사내 시험에서, 흑연 90%와 산화규소 10%로 이루어진 음극을 사용한 경우 이 기술은 에너지 밀도를 10% 향상시켰다. 회사는 또한 충전 및 방전 사이클 수명을 개선하는 동시에 와트시당 비용을 낮췄다고 밝혔다.
자료에 따르면 이 기술은 기존 배터리 제조 라인에 대규모 개조를 요구하지 않으며, 다양한 양극 및 음극 소재 시스템에 적용될 수 있을 것으로 예상된다. 이는 생산 라인을 전면 재구축하지 않고 음극에 실리콘을 단계적으로 도입하려는 배터리 제조업체에 이 개발이 관련성을 갖는다는 의미다.
실질적으로 무엇이 달라지는가?
독립적인 평가와 생산 규모의 검증에서 결과가 확인된다면, 이 기술은 셀에 저장되는 에너지를 늘리고 초기 손실을 보상하는 데 필요한 양극 소재의 양을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 Asahi Kasei는 최종 상용 제품의 출시를 발표하지 않았으며, 전 세계 고객과 협력해 개념증명(PoC) 평가를 실시하고 실제 적용 분야를 검토하겠다고 밝혔다.
회사는 이 기술을 라이선스하고 고객별 개발 단계에 따라 유연한 협력 체계를 제공할 계획이다. 이 조치는 특허, 전문 지식, 데이터, 알고리즘과 같은 무형 자산을 라이선스를 비롯한 방식으로 가치로 전환하는 것을 목표로 하는 중기 경영계획의 Technology-value Business Creation(TBC) 이니셔티브의 일환이다.
Asahi Kasei는 2025~2027 회계연도 동안 최소 10건의 신규 라이선스 계약을 체결하고, 2030년경까지 누적 이익에 100억 엔 이상을 기여하는 것을 목표로 한다.