개요 실리콘-탄소 양극: 흑연 한계를 넘어선 불가피한 선택
흑연 양극 성능 한계 도달
현재 리튬 배터리 음극재는 흑연이 주도하고 있으며, 전체 시장의 80% 이상을 차지하고 있습니다. 흑연의 이론 용량은 372mAh/g이며, 실제 성능은 이미 이론 용량 한계에 가까운 약 360mAh/g에 도달했습니다.
그러나 전기 자동차, 3C 전자 제품, 그리고 에너지 저장 시스템이 점점 더 높은 에너지 밀도와 빠른 충전 속도를 요구함에 따라, 흑연 음극은 더 이상 이러한 요건을 충족할 수 없습니다. 따라서 실리콘 기반 음극이 유일하게 확장 가능한 차세대 솔루션으로 부상했습니다.
실리콘의 초고이론용량 4200mAh/g
실리콘은 흑연의 10배가 넘는 4,200mAh/g 이상의 이론 용량을 자랑하며, 리튬화 전위(Li/Li+ 대비 0.3~0.5V)가 낮고 고속 충전 성능이 뛰어납니다. 더욱이 실리콘은 지각에서 두 번째로 풍부한 원소이기 때문에 널리 이용 가능하고 가격 경쟁력도 뛰어납니다.
그러나 이 배터리의 주요 단점은 리튬화 반응 중 300%의 부피 팽창으로 인해 입자 분쇄, SEI 필름 파열, 그리고 심각한 용량 감소(300~500 사이클)가 발생한다는 것입니다. 초기 쿨롱 효율(ICE) 또한 상대적으로 낮습니다(흑연의 경우 65~85%, 90~94%).
실리콘-탄소 양극의 장점과 과제: 고에너지와 엔지니어링 장벽의 만남
장점
- 20–50% 더 높은 에너지 밀도: 고니켈 음극과 함께 사용하면 Si–C 양극은 300Wh/kg을 초과하는 셀 에너지 밀도를 구현할 수 있습니다.
- 뛰어난 고속 충전 성능: 실리콘의 등방성 리튬화 특성으로 인해 고속 충전이 가능하므로 AI 스마트폰, PC, 4680과 같은 대형 원통형 셀에 이상적입니다.
- 풍부한 원자재: 실란, 실리콘 분말, SiO₂는 완벽한 국내 공급망을 갖추고 있어 자원 안보와 비용 안정성을 보장합니다.
단점
- 대용량 확장: 300% 확장은 전극 설계, 바인더, 전해질 및 전도성 네트워크에 대한 시스템 수준의 과제를 제기합니다.
- 낮은 초기 효율성: 첫 번째 사이클 동안 상당한 리튬 손실이 발생하므로 사전 리튬화 또는 양극 리튬 보상이 필요하며, 이로 인해 비용이 증가하고 공정이 복잡해집니다.
- 제한된 사이클 수명: 개선은 나노 엔지니어링, 다공성 탄소 구조, 탄성 바인더(예: PAA), 단일벽 CNT 및 전해질 첨가제(FEC/VC)에 의존합니다.
- 높은 비용: 2024년 기준, 프리미엄 Si-C 양극재 가격은 톤당 약 20만 엔으로, 흑연(톤당 3만~5만 엔)보다 훨씬 높습니다. 비용 절감은 규모 축소, 장비 국산화, 그리고 실란 자체 생산에 달려 있습니다.
에픽 파우더: 고급의 연마 그리고 분류 실리콘-탄소 양극용 솔루션
초미세 가공 분야에서 20년 이상의 경험을 바탕으로 분말 공학, 에픽 파우더 실리콘-탄소 양극 소재에 대한 통합 솔루션을 제공합니다. 나노미터 단위 분쇄 에게 정밀 분류 및 탄소 코팅.
- 불활성 가스를 활용합니다 제트밀 산화와 오염을 방지합니다.
- 정확한 분류를 위해 폐쇄 루프 분류 시스템을 사용합니다. 입자 크기 제어.
- 나노실리콘, 흑연, 전도성 탄소의 복합 분쇄를 지원합니다.
- 산업화를 가속화하기 위해 맞춤형 실험실 규모, 파일럿 규모, 생산 규모 라인을 제공합니다.
EPIC POWDER의 고효율 분쇄 및 정밀 분류 기술을 통해 실리콘-탄소 양극 소재는 제어된 성능을 달성합니다. 입자 크기안정적인 구조, 최적화된 비표면적을 통해 성능 향상과 비용 절감을 실현합니다. EPIC POWDER는 첨단 파우더 가공 솔루션을 통해 차세대 고에너지 리튬 배터리 소재 개발을 지속적으로 강화하고 있습니다.