[뉴스토마토 조재훈 기자] SK이노베이션의 배터리 사업 자회사 SK온이 긴 수명과 고전압 안정성이 확보된 '삼원계 배터리(NCM)' 특허를 출원했다. 특히 충전에 소요되는 시간을 줄이기 위해 고전압 급속 충전기 보급이 확대되는 추세 속에서 해당 특허는 SK온의 배터리 경쟁력을 한층 높일 수 있을 것이라는 분석이 나온다.
1일 업계에 따르면 SK온은 지난달 13일 '리튬 이차 전지(LITHIUM SECONDARY BATTERY)' 관련 특허를 분할 출원했다. 분할 출원은 기술을 세분화해 여러 특허를 확보하는 전략적 지식재산 관리 방법으로 꼽힌다. 최근에는 경쟁사들의 진입 장벽을 높이면서 특허 권리 범위를 확장시키기 위한 수단으로 널리 쓰이고 있다.
(1).jpg "SK온 연구원들이 배터리 제품을 들어보이고 있다. 사진/ SK온")
SK온 연구원들이 배터리 제품을 들어보이고 있다. 사진/ SK온
최근 리튬 이차전지는 응용 범위가 확대되면서 보다 긴 수명이 요구되고 있다. 또한 전지의 용량이 커지면서 고전압에서의 충전 필요성도 높아져왔다. 그러나 고전압 충전 시 양극 활물질(양극재)에 흡장 및 탈리되는 리튬 이온의 양이 늘어나 양극재 구조의 불안정성이 커지고 양극 표면 전해액의 분해를 촉진하면서 배터리의 수명이 저하되는 문제점이 있었다.
SK온 관계자는 "리튬 이차전지의 양극 활물질로서 사용되는 종래의 리튬 전이금속 산화물 또는 복합산화물은 수명 특성 및 고전압 충전에서의 한계가 존재해왔다"며 "해당 발명을 통해 배터리 수명을 늘리고 고전압에서 충전 특성이 우수한 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다"고 설명했다.
SK온의 특허를 살펴보면 해당 배터리의 양극재는 중심부에서부터 표면까지 7단계에 거쳐 니켈의 함량 비중을 84.33%에서 77.97%까지 낮췄다. 망간(Mn)과 코발트(Co)는 각각 4.84~11.96%, 9.73~10.83%의 비중으로 선별적으로 투입했다. 제조된 리튬-금속 산화물에 일정 수준의 첨가제를 넣고 충전 전압을 변경하며 측정한 결과 기존 대비 우수한 수명 및 고전압 충전에 용이한 것을 확인했다.
그간 4.3V 이상의 전압에서는 결정구조가 불안정해져 발화의 위험성이 있는 등의 문제가 제기됐다. 실제로 최근 NCM 배터리의 잇따른 화재 사태에 이른바 ‘구형 배터리’로 불리는 LFP를 탑재하는 전기차업체들이 늘어나고 있는 상태다.
국내의 상황도 마찬가지다. 지난해 10월 국토부는 현대차의 코나 전기차 2만5000여대의 자발적 리콜을 발표하면서 화재 원인이 '고전압 배터리의 배터리셀 제조 불량'이라고 명시한 바 있다. 따라서 고전압 안정성과 배터리 수명을 늘이는 것이 배터리 경쟁력 확보에 핵심 키워드로 떠오른 상황이다.
조재필 울산과학기술원 에너지화학공학과 교수는 "중심부 니켈 함량이 80%대, 표면부가 70%대인 NCM계 배터리는 고전압에 유리할 수 밖에 없다”며 “이같은 기술로 배터리를 제작하면 상용화도 가능하다"고 진단했다.
전기차 배터리 시장은 매년 폭발적인 성장을 거듭하고 있다. SNE리서치에 따르면 전세계 전기차 배터리 시장규모는 2020년 약 54조원에서 2030년 약 411조원으로 8배 이상 성장할 것으로 전망된다.
조재훈 기자 cjh1251@etomato.com
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