LG에너지솔루션이 음극재 관련 ‘투트랙 전략’으로 주행거리, 충전인프라 부족, 가격, 자가 충전 불가능과 함께 전기차 5대 불만사항으로 꼽히는 충전시간 줄이기에 나섰다.
27일 배터리업계에 따르면 LG에너지솔루션이 전기차 배터리 충전시간을 줄이기 위해 개발한 음극재 관련 기술은 실리콘 음극재와 더블레이어 코팅이다.
음극재는 양극재, 전해액, 분리막과 함께 ‘배터리 4대 핵심소재’로 흑연 등 탄소 물질이 가장 많이 사용되고 있다.
실리콘 음극재는 기존 흑연으로 구성된 음극재에 실리콘 소재를 첨가하는 기술로 LG에너지솔루션이 2019년 세계 최초로 적용했다.
실리콘을 첨가하면 배터리가 부풀어오르는 스웰링 현상이 발생할 수 있는데, LG에너지솔루션은 팽창을 막아주는 탄산나노튜브(CNT) 도전재를 첨가해 이 문제를 해결했다.
실리콘 음극재를 적용하면 충전 속도 개선과 함께 배터리 용량도 확대할 수 있다는 게 LG에너지솔루션 측 설명이다.
더블레이어 코팅은 2종의 전극 슬러리를 집전체에 코팅하는 코팅 플랫폼 기술로 2018년 세계 최초로 적용됐다. 전극 슬러리란 전극 활물질, 바인더, 첨가재, 용매를 섞은 상태를 말한다.
LG에너지솔루션은 현재 음극 슬러리를 집전체인 동박에 코팅하고 있다.
이 기술을 사용하면 목적에 따라 전극 상·하층의 기능을 선택적으로 부여하거나 강화할 수 있다.
2종 슬러리로 더블레이어 코팅을 적용하면 기존 1종 슬러리 코팅 대비 바인더가 전극 내 균일하게 분포할 수 있다.
이에 따라 바인더의 효율성이 높아져 전극의 기계적 물성이 강화되고 배터리 셀의 저항 특성이 향상돼 충전 속도 개선을 포함한 배터리 성능이 전반적으로 향상된다.
실리콘 음극재와 더블레이어 코팅 기술을 모두 채택하면 전기차는 급속 충전 기준 20~30분 내 완전 충전을 할 수 있다. 현재 급속 충전은 80% 충전에 1시간 가량 걸리고, 완전 충전까지는 2~3시간 소요된다.
LG에너지솔루션 관계자는 “두 기술은 2019년 양산한 포르쉐 타이칸 전기차에 적용돼 급속 충전을 실제로 구현했다”며 “현재 대부분 전기차 프로젝트에 적용돼 향후 출시되는 전기차들은 획기적인 급속 충전이 가능할 전망”이라고 말했다.
LG에너지솔루션은 지난해 니켈 함량이 85~90% 수준인 NMCA 양극재가 탑재된 배터리를 전기차용으로 세계 최초로 공급하는 데 성공했다.
NCMA 양극재는 기존 삼원계 NCM(니켈, 코발트, 망간) 양극재에 알루미늄을 더해 배터리 출력과 안정성을 높인 제품이다.
니켈 함량이 높아 전기차에 이 배터리를 탑재하면 400~500km 이상의 주행거리를 확보할 수 있다.
