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배터리 에너지 밀도를 높일 수 있는 실리콘 음극재 생산능력 증설 경쟁이 본격화되고 있다. 국내에서 본격적으로 실리콘 음극재를 양산하고 있는 기업은 대주전자재료가 아직 유일하지만, 포스코실리콘솔루션, SK머티리얼즈그룹포틴 등 다양한 기업들이 공장 증설을 앞다퉈 준비 중이다.

23일 업계에 따르면 대주전자재료, 포스코실리콘솔루션(포스코실리콘), 포스코퓨처엠, SK머티리얼즈그룹포틴, SKC, 한솔케미칼, 엘피엔, 엠케이전자 등 8개 이상의 기업들이 실리콘 음극재 사업을 추진 중이다.

실리콘 음극재는 내부 소재에 따라 크게 ▲실리콘 산화물(SiOx) ▲실리콘 탄소 복합체(Si-C) ▲퓨어 실리콘(Pure-Si) 등 3가지로 나뉜다. 국내에서는 SiOx, Si-C를 중심으로 증설 경쟁이 이뤄지고 있다.

SiOx은 실리콘과 산소를 결합해 만든다. 다른 종류의 실리콘 음극재보다 스웰링 현상이 적다는 게 특징이다. 대표적으로 대주전자재료가 SiOx 계열 실리콘 음극재를 양산하고 있으며, 이 양극재가 포르쉐 타이칸, 아우디 E-트론 GT 등 전기차 배터리에 쓰이고 있다. 대주전자재료는 실리콘 음극재 생산 능력을 연산 1만톤으로 확대하기 위해 지난해 1월 제2공장에 567억원을 투자했다.

포스코실리콘도 최근 SiOx 계열의 실리콘 음극재 생산을 위해 공장을 준공했다. 지난 19일 포항에 연산 550톤 규모의 공장 하공정 설비 설치 및 준공했으며 오는 9월 상공정 공사를 시작할 예정이다. 상공정은 실리콘 입자에 산화물계 실리콘을 합성하는 과정, 하공정은 합성물을 코팅하는 과정이다. 포스코실리콘은 2030년까지 실리콘 음극재 생산능력을 2만5000톤으로 확대할 계획이다.

Si-C 실리콘 음극재를 양산하기 위한 기업들도 있다. 가장 진행이 빠른 기업은 한솔케미칼이다. 한솔케미칼은 현재 전북 익산에 연산 750톤 규모의 공장을 가동하고 있다. 이를 위해 약 850억원을 투자했다.

포스코퓨처엠과 SK머티리얼즈그룹포틴, SKC고 공장 가동을 계획하고 있다. 포스코퓨처엠은 Si-C 음극재 데모플랜트를 이달 가동할 계획이다. 데모플랜트 가동을 통해 고객사 수요에 최적화된 솔루션을 제공할 예정이며 2026년 Si-C 실리콘 음극재 생산능력 1000톤을 갖춘다는 계획이다.

SK머티리얼즈그룹포틴은 Si-C 실리콘 음극재 공장을 시가동하고 있다. 본격적인 양산은 올 상반기 내 이뤄질 예정이다. 시가동 중인 공장은 1공장으로 연산 2000톤 규모의 생산능력을 갖췄다. 회사는 공장 가동을 위해 약 8500억원을 투자한 것으로 알려졌다.

SKC는 영국 실리콘 음극재 기업 넥세온에 약 8000만달러를 투자해 기술을 확보했다. 지난해 자회사 ‘얼티머스’를 설립했으며 올 상반기 파일럿 라인에서 샘플을 생산한다. 연산 생산능력은 1500톤 규모로 2025년 양산 예정이다.

이 밖에도 다른 소재를 사용한 실리콘 음극재를 만드는 기업들도 있다. 엘피엔은 질화규소(SiNx)를 기반으로 조립구상 음극재를, 엠케이전자는 Si-Alloy 실리콘 음극재를 각각 생산하고 있다. Si-Alloy 실리콘 음극재는 Si-C에 실리콘 합금(Si-Alloy)을 더한 형태로 전고체 배터리에 적용될 수 있다. 두 기업 모두 투자 계획, 향후 생산능력 등 구체적인 수치는 공개되지 않았다.

이와 관련, 실리콘 음극재는 흑연 음극재에 실리콘을 소량 첨가한 음극재다. 에너지밀도를 흑연 대비 약 10배 높여 1회 충전 당 주행가능한 거리가 늘어나며 충전 시간도 단축할 수 있다. 다만, 충·방전시 배터리가 팽창하는 스웰링(Swelling) 현상, 덴드라이트 발생 등 해결과제가 남아있다.

시장조사기관 SNE리서치는 실리콘 음극재 시장이 매년 34% 성장해 2030년 7조2000억원 규모로 확대될 것으로 전망했다.

디일렉=이민조 기자 [email protected]
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