한국 실리콘음극재 개발 및 시장동향

한국 음극재 시장은 중국 중심의 흑연 공급망 의존도를 낮추기 위해 포스코퓨처엠 등의 흑연 내재화와 대주전자재료 등 주요 기업의 실리콘 음극재(Si-Anode) 기술 개발이 가속화되고 있습니다. 2035년까지 실리콘 음극재 시장은 약 6% 비중으로 성장할 전망이며, 고에너지 밀도 및 급속 충전 수요에 대응해 고성능 제품 개발에 집중하고 있습니다.

1. 한국 음극재 개발 및 시장 동향
흑연 공급망 다변화 (천연/인조): 중국산 흑연 의존도를 탈피하기 위해 포스코퓨처엠은 2030년까지 37만 톤 규모의 흑연 생산 능력을 확보하고, 호주 및 북미 등에서 원료를 조달하는 체계를 구축 중입니다.
실리콘 음극재(차세대 기술) 개발: 흑연 대비 에너지 밀도가 4배 이상 높아 주행거리를 늘리고 충전 시간을 단축할 수 있는 실리콘 음극재 개발이 활발합니다.
주요 기업 동향:
포스코퓨처엠: 저팽창 천연 흑연 및 비코팅 저원소성 천연 흑연 개발로 안정성 확보, 실리콘 음극재 전 공정 생산 시설(550톤) 준공.
대주전자재료: 테슬라향 등 파나소닉向 물량 공급 등 글로벌 실리콘 음극재 시장에서 가장 빠른 상용화 속도를 보임.
기타: SKC, 롯데에너지머티리얼즈, LG화학 등 실리콘 복합 음극재 채택 증가에 따라 협업 강화.

2. 시장 전망 및 특징
실리콘 음극재의 성장: 2024년 1%대 수준인 실리콘 음극재 비중은 2035년 6% 수준(약 29.5만 톤)까지 성장할 것으로 예상되며, 고에너지 밀도 수요에 따라 향후 중요도가 크게 증가할 전망입니다.
IRA 대응: 미 인플레이션 감축법(IRA)에 따라 중국산 흑연에 대한 보조금 적용이 제한되면서, 한국 기업들은 비중국산 흑연 확보와 자체적인 기술 고도화를 통해 점유율 확대를 노리고 있습니다.
고성능화: 흑연의 고팽창 문제를 해결하기 위해 실리콘-탄소 복합체(Si-C) 구조 등 안정성을 강화한 기술 개발이 주를 이룹니다.
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'흑연 대비 성능 10배↑'...국내 기업들 실리콘 음극재 개발 속도전

실리콘 음극재 사용량 2023년 1만톤→2035년 28만톤
대주전자재료·포스코·SK·롯데·LG 실리콘 음극재 개발 경쟁

이민조 기자입력 2024.03.04 16:12

차세대 음극재로 주목받고 있는 ‘실리콘 음극재’ 상용화를 위한 국내 기업들의 움직임에 가속도가 붙고 있다. 실리콘 음극재는 중국의 흑연 수출 통제 강화, 미국 인플레이션감축법 등에 따른 공급망 리스크를 줄인다는 장점과 함께 배터리 성능을 대폭 개선한다는 점에서 지난 2018년부터 생산되어 왔다. 지난해 기준 실리콘 음극재 시장은 전체 음극재 시장의 1% 수준이지만 2035년 10%까지 증가할 전망이다. 국내에선 대주전자재료·포스코·SK·롯데·LG 등의 기업들이 실리콘 음극재 개발에 뛰어들었다.

4일 시장조사기관 SNE리서치에 따르면 실리콘 음극재 사용량은 2023년 1만톤에서 2025년 3.9만톤, 2030년 15.7만톤, 2035년 28.5만톤으로 늘어날 전망이다.

실리콘 음극재는 현재 배터리에 사용되는 흑연 음극재 대비 에너지 밀도가 4~10배 높다. 이에 따라 충전시간을 단축시키면서 동시에 전기차 주행거리도 늘릴 수 있다. 하지만 부피가 팽창하는 스웰링 현상이 흑연 음극재 보다 30배 심하며, 폭발 위험성이 높다는 게 문제점이다.

최근 국내 기업들이 주력하는 분야도 실리콘 음극재의 이같은 문제점을 보완하는 데 초점을 맞추고 있다. 기존 흑연 음극재에 실리콘 음극재를 4~5% 소량 첨가하는 식의 연구가 진행되고 있는 추세다. 업계에서는 실리콘 함량 비중을 늘리면서 폭발 등 위험성을 낮추는 것이 실리콘 음극재 기술개발의 핵심으로 여겨지고 있다.

실리콘 음극재 개발에 뛰어든 국내 기업은 대주전자재료, 포스코그룹, SKC, 롯데에너지머티리얼즈, LG화학 등이다.

시장 진출 속도가 가장 빠른 곳은 대주전자재료다. 대주전자재료는 2018년부터 실리콘 음극재를 양산 및 공급해오고 있으며 지난해 LG에너지솔루션에 이어 SK온을 고객사로 확보한 바 있다. 수요 증가에 대응하기 위해 현재 3000톤의 연산 생산능력을 내년까지 2만톤 규모로 확대할 방침이다.

포스코홀딩스는 포스코퓨처엠과 포스코실리콘솔루션을 통해 실리콘 음극재를 개발하고 있다. 포스코퓨처엠은 ▲실리콘 산화물(SiOx) ▲실리콘 탄소 복합체(Si-C) ▲퓨어 실리콘(Pure-Si) 등을 개발하고 있다. 이 중 SiOx는 일부 차량에 탑재되고 있다.

포스코홀딩스 차원에서는 지난 2022년 실리콘 음극재 전문 기업 테라테크노스를 인수해 사업에 진출했다. 포스코실리콘솔루션으로 사명을 변경했으며 2030년 연산 2만5000톤의 실리콘 음극재 생산능력을 목표로 하고 있다.

SKC는 지난해 자회사 ‘얼티머스’를 설립해 실리콘 음극재 기술 개발에 나섰다. 얼티머스는 현재 시생산 라인을 착공하고 있으며 상반기 내 시범 생산에 돌입할 예정이다. SKC는 지분투자로 최대주주가 된 영국 넥세온의 기술을 활용하고 있다.

롯데에너지머티리얼즈도 해외 기업에 지분투자를 통해 사업을 시작했다. 프랑스 소재 스타트업 엔와이어즈와 함께 고성능 실리콘 음극재를 생산하고자 한다. 엔와이어즈는 실리콘 복합물질 관련 기술과 파일럿 라인을 보유하고 있다. 파일럿 라인의 규모는 연산 2만5000톤이며 2027년 본격 상업 양산을 시작할 계획이다.

LG화학은 ‘퓨어 실리콘’을 개발하고 있다. 퓨어 실리콘은 흑연 없이 실리콘으로만 이뤄졌으며 팽창, 폭발 등을 보완한 음극재를 뜻한다.

이 밖에도 기존 흑연 음극재를 생산하던 중국의 BTR, ShanShan, Zichen 등도 실리콘 음극재 개발 및 양산을 준비 중으로 알려졌다.

디일렉=이민조 기자 lmj2@thelec.kr

출처 : 디일렉(THE ELEC)(https://www.thelec.kr)