글로벌 기업 아사히 카세이(Asahi Kasei)가 실리콘계 음극을 사용하는 고전압 리튬이온 배터리(LIB)를 위한 새로운 프리도핑 기술을 개발했다. 이 기술은 탄산리튬을 더 낮은 전압에서 추가 리튬 공급원으로 활용할 수 있게 해 실리콘 고함량 셀에서 첫 충·방전 사이클 중 일반적으로 발생하는 비가역적 용량 손실을 줄인다.
전기차(EV)와 휴머노이드 로봇의 보급이 확대되면서 리튬이온 배터리에는 더욱 높은 에너지 밀도가 요구되고 있다. 이에 따라 음극의 흑연 일부를 실리콘계 소재로 대체하고 양극재의 작동 전압을 높이는 방향으로 개발이 집중되고 있다.
그러나 실리콘계 음극은 초기 충전 과정에서 상당한 비가역적 용량 손실이 발생해 배터리 수명과 전체 에너지 밀도를 크게 제한한다. 이를 보완하려면 더 많은 양극 활물질이 필요하며, 이는 결과적으로 소재 사용량과 비용 증가로 이어진다.
아사히 카세이는 기존 방식의 대안으로 비교적 저렴하고 리튬이온 배터리 소재로 사용 실적이 축적된 탄산리튬에 주목했다. 그러나 탄산리튬의 분해 전압은 리튬이온 배터리의 공칭 작동 전압 범위를 크게 웃돌기 때문에 리튬 프리도핑 용도로 활용하기가 어려웠다.
아사히 카세이가 개발한 리튬 프리도핑 기술은 전해액에 특수 첨가제를 사용해 일반 리튬이온 배터리 셀의 통상적인 전압에서 탄산리튬의 분해를 촉진한다. 이를 통해 탄산리튬을 희생형 리튬 공급원으로 양극에 미리 첨가할 수 있으며, 초기 충전 과정에서 탄산리튬이 분해되면서 리튬을 공급한다.
저가 탄산리튬을 사용함으로써 에너지 밀도를 크게 향상할 수 있다. 음극 조성이 흑연 90%와 SiO 10%인 NMC(니켈·망간·코발트) 셀을 대상으로 한 내부 시험에서는 에너지 밀도가 10% 증가한 것으로 나타났다.
또한 이 기술은 Wh(와트시)당 낮은 비용으로 사이클 수명을 개선하고, 기존 배터리 제조라인을 크게 변경하지 않고도 적용할 수 있으며, 다양한 양극 및 음극 소재 시스템에 폭넓게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
아사히 카세이는 이 기술을 라이선스 방식으로 제공하고 각 고객의 개발 단계에 맞춰 단계적으로 적용할 수 있는 유연한 협업 체계를 제공할 계획이다. 이 전략은 아사히 카세이의 중기 경영계획(MTP)에 포함된 기술 가치 사업 창출(Technology-value Business Creation, TBC) 이니셔티브의 일환이다.
아사히 카세이는 TBC를 통해 특허, 노하우, 데이터, 알고리즘 등 광범위한 무형자산을 라이선싱을 포함한 다양한 형태로 제공해 가치를 창출하고자 한다. 이러한 라이선스 기반 사업 개발을 통해 회사는 2025~2027 회계연도 동안 최소 10건의 신규 라이선스 계약을 체결하고, 2030년경까지 누적 이익 기여액 100억 엔 이상을 달성하는 것을 목표로 한다.
