UNIST 에스엠랩, Ni 97% 단결정 클러스터로 고속충전 배터리 양산 성공

1. 요약

• UNIST의 교원 창업 기업인 에스엠랩이 2024년 2월에 진행한 혁신적인 연구는 고속충전용 단결정 클러스터 양극 소재의 개발과 양산에 성공하는 쾌거를 달성했습니다. 특히, 2월 26일에 발표된 Ni 함량 97% 단결정 클러스터 기술은 기존의 단결정 입자의 출력 한계를 획기적으로 개선하며, 단결정 양극재의 성능을 한층 끌어올렸습니다. 2월 29일에는 이 기술이 대량 생산 단계로 전환됨으로써, 국내외 배터리 시장에서 큰 관심을 받고 있는 상황입니다. 이러한 성과는 차세대 고에너지밀도 46 시리즈 원통형 배터리의 완전 충전 및 고속 충전을 구현하는 가능성을 높이고 있습니다. 에스엠랩은 이러한 기술에 대해 다양한 관점에서 분석하였으며, 이를 통해 충전 소요 시간을 60분에서 15분으로 대폭 단축하는 동시에 이론 용량의 86% 이상을 유지할 수 있게 되었습니다. 보고서에서는 해당 기술 개발의 배경 및 양산 성과, 그리고 앞으로의 상용화 전망을 다양하게 조명하고 있습니다. 이로 인해 에스엠랩은 배터리 산업에서 중요한 기술 혁신의 선두주자로 자리매김할 것으로 기대됩니다.

• 에스엠랩의 단결정 클러스터 양산 성공은 고속 충전 성능에서도 주목할 만한 성과를 이뤄냈습니다. 기존의 단결정 소재는 고속 충전 시 70%의 셀 용량 유지율을 기록에 그쳤으나, 에스엠랩의 혁신적인 기술 적용 후에는 86% 이상의 유지율을 달성하여, 특히 전기차 및 에너지 저장 시스템(ESS) 분야에서 막대한 가능성을 내포하고 있습니다. 이로 인해 고객들은 더욱 짧은 시간 내에 배터리를 완전히 충전할 수 있는 실질적인 혜택을 경험하게 되며, 에스엠랩의 기술이 배터리 수명과 충전 속도 간의 타협 없이 배터리 성능을 최적화할 수 있는 길을 열게 됩니다.

2. 개발 배경과 기술 특징

• 2-1. 에스엠랩 설립 및 연구 이력

• 에스엠랩은 2018년 조재필 교수가 설립한 회사로, 울산과학기술원(UNIST)에서의 연구 성과를 바탕으로 시작되었습니다. 설립 초기부터 에스엠랩은 고성능 배터리 소재 개발에 주력해왔으며, 특히 에너지 밀도가 높은 차세대 배터리 기술에 대한 연구를 통해 국제적으로 인정받는 기업으로 성장했습니다. 2022년에는 국가첨단전략기술 보유 기업으로 인증받으며, 이차전지 분야의 기술력과 혁신성을 입증했습니다. 이러한 배경은 후속 연구인 Ni 함량 97% 단결정 클러스터 개발의 기반이 되었습니다.

• 2-2. Ni 함량 97% 단결정 클러스터 개발 성과

• 에스엠랩은 2024년 2월, Ni 함량 97%의 단결정 클러스터 양극소재 개발에 성공했습니다. 이 기술은 단결정 입자 여러 개를 엮어서 클러스터를 형성하는 방식으로, 기존의 단결정 양극재의 출력 한계를 개선했습니다. 특히, 기존 단결정 소재는 4-5 마이크로미터(μm) 크기였지만, 에스엠랩의 기술은 2 마이크로미터 크기의 단결정 입자를 조합하여 높은 출력 특성을 유지할 수 있게 했습니다. 이 결과로 배터리 충전 시간을 기존의 60분에서 15분으로 줄이면서도 이론 용량의 86% 이상을 유지할 수 있었습니다.

• 2-3. 기존 단결정 양극재 한계와 개선점

• 기존의 단결정 양극재는 고속 충전 시 출력 특성이 떨어지는 문제가 있었습니다. 이는 배터리 완전 충전에 필요한 이론 용량에 도달하지 못하게 하여 실질적인 사용에 제약을 초래했습니다. 그러나 에스엠랩의 단결정 클러스터 기술은 이러한 문제를 해결했습니다. 클러스터 구조는 단결정 입자처럼 높은 내구성을 유지하는 동시에, 고온에서도 안정성을 보장하는 고유한 물리적 특성을 지니고 있습니다. 덕분에 에스엠랩은 고온에서의 압연공정을 통해도 우수한 성능을 지속적으로 유지할 수 있어, 안정적인 배터리 생산에 기여하고 있습니다.

3. 단결정 클러스터 양산 성공의 의미

• 3-1. 단결정 클러스터 대량 생산 기술

• 에스엠랩의 단결정 클러스터 양산 성공은 배터리 산업에서 중요한 이정표가 되었습니다. 이 기술은 두 개의 2㎛ 크기의 단결정 입자를 합성하고, 이들을 첨가제로 서로 접착시키는 방식으로 생산됩니다. 기존의 단결정 양극재와 비교했을 때, 이 클러스터는 뛰어난 출력 특성을 제공합니다. 이러한 기술적 혁신은 고속충전 기술을 필요한 배터리 제조에 최적화되었으며, 특히 고에너지 밀도 배터리에서 그 가능성을 인정받고 있습니다. 고객들은 이러한 단결정 클러스터를 바탕으로 15분 만에 86% 이상 충전할 수 있는 배터리를 경험하게 되었습니다. 또한, 이 기술은 산업통상자원부로부터 국가첨단전략기술로 인정받아, 에스엠랩의 경쟁력을 더욱 강화했습니다.

• 3-2. 고속 충전 시 출력 특성 개선

• 에스엠랩의 단결정 클러스터는 고속 충전 성능에서도 기존 단결정 소재보다 월등한 출력을 자랑합니다. 일반적으로 고속 충전 과정에서 발생하는 충전 용량 손실 문제를 해결하기 위한 연구가 진행되어 왔습니다. 기존의 단결정 양극재는 고속 충전 시 70%의 셀 용량 유지율에 그쳤으나, 신기술 적용 후에는 86% 이상의 유지율을 기록하게 되었습니다. 이는 전기차 및 에너지 저장 시스템(ESS)에서의 활용 가능성을 크게 높이며, 고객들이 더욱 짧은 시간 내 배터리를 완전히 충전할 수 있는 실질적인 이점을 제공합니다. 이러한 성과는 특히 배터리 수명이 중요한 전기차 시장에서 강력한 경쟁력을 발휘할 것입니다.

• 3-3. 46 시리즈 원통형 배터리 적용 가능성

• 에스엠랩의 혁신적인 단결정 클러스터 양극재는 차세대 46 시리즈 원통형 배터리에 적합한 소재로 주목받고 있습니다. 이 배터리는 고에너지 밀도를 가지고 있으며, 그에 따라 고속 충전 및 높은 용량을 요하는 시장에서의 적용 가능성이 큽니다. 기존의 양극재가 충전 속도와 에너지 밀도 간의 타협을 필요로 했다면, 이 새로운 소재는 그러한 타협을 가능하게 하지 않습니다. 에스엠랩의 기술은 46 시리즈 배터리의 완전 충전이 용이한 환경을 조성하여, 향후 전기차와 ESS 시장의 변화를 이끌어낼 것입니다. 이로 인해, 회사는 기존 및 신규 비즈니스 파트너와의 협력을 통해 양산 능력을 더욱 확대하고, 배터리 기술의 선두주자로 자리매김할 수 있는 기회를 얻게 될 것입니다.

4. 향후 전망과 과제

• 4-1. 국내외 시장 경쟁력 확보 방안

• ‘국내외 시장 경쟁력 확보 방안’ 또한 중요한 전략적 요소로 자리잡고 있다. 에스엠랩은 이미 국내 시장에서 큰 성과를 올리고 있지만, 국제 시장에서도 경쟁력을 확보하기 위해 해외 파트너십을 확대하고 글로벌 진출을 도모해야 한다. 이를 통해 다양한 국가의 배터리 제조사와 협력하여 기술의 유통을 강화하고, 맞춤형 솔루션을 제공할 수 있을 것이다. 특히, 유럽과 북미 시장에서는 전기차와 에너지 저장 시스템에 대한 수요가 급증하고 있는 만큼, 이들 시장을 겨냥한 전략이 필요하다. 또한, 지속 가능한 자원 관리를 위한 재료의 재활용 및 지속 가능한 배터리 기술 개발에도 힘써야 할 것이다. 이러한 접근은 에스엠랩이 글로벌 배터리 시장 내에서 리더십을 확보하는 데 크게 기여할 것이다.

결론

• 에스엠랩의 Ni 함량 97% 단결정 클러스터 양산 성공은 고에너지밀도 배터리의 상용화를 가속화하며, 이 기술은 전기차 및 에너지 저장 시스템(ESS) 시장에서의 경쟁력을 크게 강화할 것으로 보입니다. 현재 진행되고 있는 양산 단계가 안정화되면, 더 많은 고객이 이 혁신적인 배터리 기술을 적용한 제품을 통해 혜택을 누릴 수 있을 것입니다. 향후 에스엠랩은 양산 공정의 안정화와 소재 수급의 최적화, 그리고 추가적인 배터리 수명과 안전성 평가를 지속적으로 수행해야 합니다. 이를 통해 글로벌 파트너십을 확장하고 기술 라이선스 전략을 추진하는 것이 중요합니다. 이러한 일련의 과제를 해결하면, 에스엠랩은 차세대 배터리 시장에서 확고한 선도주자로 자리 잡을 수 있을 것이며, 이는 국내외 배터리 산업의 발전에도 긍정적인 영향을 미칠 것입니다. 따라서 향후 에스엠랩의 기술적 진보와 시장 확대를 주목하는 것은 매우 의미 있는 일이라고 할 수 있습니다.

용어집

• 에스엠랩: 에스엠랩은 UNIST(울산과학기술원)에서 설립된 교원 창업 기업으로, 고성능 배터리 소재 개발에 주력하고 있다. 2024년 2월, Ni 함량 97% 단결정 클러스터 양극 소재 개발 및 양산에 성공하여 배터리 산업에서 주목받고 있다.

• 단결정 클러스터: 단결정 클러스터는 여러 개의 단결정 입자를 결합하여 형성한 구조로, 기존 단결정 소재의 출력 한계를 개선하여 고속충전 성능을 높인다. 에스엠랩의 기술로, 충전 시간을 기존 60분에서 15분으로 단축할 수 있다.

• Ni 함량 97%: Ni 함량 97%는 에스엠랩이 개발한 단결정 클러스터에서 니켈(Ni)의 비율을 나타내는 수치로, 이로 인해 배터리의 고속 충전 성능과 에너지 밀도를 크게 향상시킨다.

• 고속충전: 고속충전은 배터리를 짧은 시간에 충전할 수 있는 기술로, 에스엠랩의 단결정 클러스터 기술을 통해 충전 시간을 60분에서 15분으로 단축하는 성과를 거두었다. 이는 전기차 및 에너지 저장 시스템(ESS) 분야에서 중요한 의미를 가진다.

• 고에너지밀도: 고에너지밀도는 배터리의 단위 무게 또는 부피당 저장할 수 있는 에너지의 양을 나타내는 개념으로, 에스엠랩의 기술이 차세대 배터리에서 이 특성을 강조하며 높은 에너지 저장 능력을 제공한다.

• 양극 소재: 양극 소재는 전지의 두 전극 중 하나로, 전지의 전기화학 반응에서 양이온이 이동하는 경로를 제공한다. 에스엠랩이 개발한 단결정 클러스터는 양극 소재의 중요성을 높인다.

• 양산: 양산은 배터리 또는 소재를 대량으로 생산하는 과정으로, 에스엠랩은 2024년 2월에 단결정 클러스터의 대량 생산 단계로 전환하여 상업적 가능성을 모색하고 있다.

• 시장전망: 시장전망은 특정 기술이나 제품이 향후 시장에서 가질 수 있는 성장 가능성이나 경쟁력을 예측하는 것으로, 에스엠랩의 고속충전 단결정 클러스터 기술은 국내외 배터리 시장에서 긍정적인 평가를 받고 있다.

• 에너지화학공학: 에너지화학공학은 에너지 관련 화학 공정 및 기술의 연구와 개발을 다루는 분야로, 에스엠랩의 배터리 기술 개발에 중요한 기반이 된다.

출처 문서

• 에스엠랩 “고속충전 배터리 소재 양산 성공”http://www.gyotongn.com/news/articleView.html?idxno=352297
• 에스엠랩, “Ni함량 97% 단결정 클러스터 양산 성공”http://www.koit.co.kr/news/articleView.html?idxno=120840