리튬 보충 첨가제, 성능 향상! 전고체 배터리에는 이런 첨가제가 더 필요

기업들이 배터리용 리튬 보충 첨가제 사업을 지속적으로 확대하고 있다.

9월 초, 융타이 테크놀로지(Yongtai Technology)는 파트너들과 함께 중장기 리튬 배터리 기술 개발 프로젝트의 산업화 시설을 위한 합작 회사 설립에 공동 투자할 것이라고 발표했다. 앞서 융타이 테크놀로지는 푸단대학교와 협력하여 중장기 리튬 배터리 기술을 연구개발했으며, 신소재 및 메커니즘 개발을 통해 배터리 사이클 수명을 대폭 향상시키고 1만 회 충방전 사이클이라는 기술적 한계를 돌파하는 것을 목표로 하고 있다. 융타이 테크놀로지의 중장기 리튬 배터리 기술 개발 프로젝트 중 한 가지 기술은 리튬 LiCF3SO3를 리튬 보충 첨가제로 사용하여 배터리 내 부족한 리튬 이온을 정밀하게 보충함으로써 용량을 회복하고 장기적인 사이클 수명을 유지하는 것을 포함하는 것으로 알려져 있다.

리튬 보충 첨가제에는 다양한 종류가 있으며, 최근 여러 기업들이 새로운 특허를 출원했다.

국가지식재산권국 정보에 따르면, 비야디(BYD)는 최근 "리튬 보충 첨가제 및 그 제조 방법, 리튬 이온 배터리, 배터리 팩 및 전기 장비"라는 명칭의 특허를 출원했다. 특허 요약서에 따르면, 해당 리튬 보충 첨가제는 리튬 보충 입자와 그 표면을 덮는 코팅층으로 구성된다.

올해 7월, 광저우 룽제 에너지 테크놀로지(Guangzhou Rongjie Energy Technology Co., Ltd.)는 "리튬 이온 배터리 양극 리튬 보충 첨가제의 제조 방법 및 리튬 이온 배터리"라는 명칭의 특허를 출원했다. 이 특허는 탄소나노튜브 내에서 금속 촉매와 리튬 소스(예: LNO 및 LFO)의 반응 생성물을 현장 합성하여, 공기 중에서 안정적으로 존재할 수 있고 전자 전도성을 보완할 수 있는 리튬 이온 배터리 양극 리튬 보충 첨가제를 제조하는 방법에 관한 것이다.

주목할 점은, 국가표준화관리위원회가 발표한 2025년 제4호 국가표준 공고에 따르면, 디나노닉(Dynanonic), CATL, 궈쉬안 하이테크(Gotion High-tech), 이스프링 테크놀로지(Easpring Technology), 완룬 신에너지(Wanrun New Energy), Brunp Recycling, XTC 신에너지 소재(샤먼), 간펑 리튬(Ganfeng Lithium), 후난 창위안 리코(Hunan Changyuan Lico), 푸안 칭메이(Fu'an Qingmei), 바스프 샨샨(BASF Shanshan) 등이 공동 개발한 세계 최초의 리튬 보충 기술 국가 표준인 GB/T 45327-2025 "리튬이 풍부한 리튬 페라이트"가 9월 1일 공식 시행되었다. 이는 리튬 보충 첨가제 분야의 기술 발전과 산업화에 긍정적인 영향을 미칠 것이다.

• 중요한 성능 최적화 소재

"리튬 보충 첨가제는 리튬 이온 배터리 성능을 최적화하는 핵심 소재로서, 사전 리튬화 기술을 통해 초기 충방전 과정에서의 활성 리튬 손실을 보상하여 배터리의 초기 쿨롱 효율, 에너지 밀도 및 사이클 안정성을 크게 향상시킵니다,"라고 업계 분석가들은 지적했다.

어느 정도 활성 리튬 손실은 리튬 배터리의 본질적인 결함이다. 액체 전지든 전고체 전지든, 리튬 배터리의 첫 사이클 동안 음극 표면에 고체 전해질 계면(SEI) 막이 형성되어 활성 리튬의 비가역적 소모가 발생한다. 리튬 보충 첨가제를 사용한 사전 리튬화 처리를 통해 소모된 리튬 이온을 미리 보충할 수 있다.

융타이 테크놀로지에 따르면, 회사의 중장기 리튬 배터리 기술 개발 프로젝트는 리튬 트리플루오로메탄설피네이트를 새로운 유형의 유기 리튬염 리튬 보충 첨가제로 사용하며, 이는 191 mAh/g의 높은 이론 비용량과 3.8V의 낮은 분해 전압을 특징으로 하여 배터리 형성 과정에서 완전히 분해될 수 있다. 이 기술은 전해질 리튬 보충, 양극 리튬 보충 및 배터리 수리 등 다양한 시나리오에 적합하며, 기존 생산 라인의 개조가 필요 없고 공정이 간단하며 비용 통제가 가능하다.

"본 발명의 리튬 보충 첨가제는 주변 온도에 따라 활성 리튬 방출 속도를 조절할 수 있어, 배터리 셀의 온도 영역별 리튬 보충 속도를 적응적으로 조정할 수 있습니다. 고온 영역에서는 리튬 보충 속도와 양을 증가시키고, 저온 영역에서는 속도를 늦춥니다,"라고 비야디는 특허 출원 명세서에서 밝혔다. 이 기술은 다양한 온도 영역에서 배터리 셀 수명의 일관성을 개선하고 국부적인 과도한 리튬화를 방지하여 배터리 셀 수명을 크게 연장할 수 있다.
기준이 수립된 리튬 보충 첨가제 유형인 리튬-리치 리튬 페라이트는 LFP 배터리 시스템에 적합합니다. 완룬신에너지는 반기 보고서를 통해 자사가 이미 선진적인 코팅 공정을 통해 제조된, 높은 용량과 우수한 공기 안정성을 갖춘 리튬-리치 리튬 페라이트를 개발했으며, 이것이 용량 감퇴를 효과적으로 늦출 수 있어 현재 고객 검증 단계에 있다고 밝혔습니다.

전고체전지, 첨가량 두 배 증가 가능성

연구 기관은 2029년까지 글로벌 리튬 보충 첨가제 시장 규모가 약 24억 달러에 달할 것으로 예상하며, 향후 몇 년간 연평균 복합 성장률은 100%에 육박할 것으로 전망하고 있습니다. 전고체전지 산업 발전에 따라 이미 이 분야를 겨냥한 리튬 보충 첨가제 제품 개발에 주목하는 기업들도 있습니다. 국가지식재산권국 자료에 따르면, 중커룽넝(옌청)과학기술유한공사는 최근 '전고체전지용 복합 리튬 보충 기술 및 공정 방법'이라는 특허를 출원했습니다.
중커룽넝의 특허 요약서에 따르면, 이 복합 리튬 보충 기술 및 공정 방법은 양극 슬러리 혼합 공정 중에 적절한 함량과 유형의 리튬-리치 화합물을 리튬 보충 첨가제로 첨가하여 양극 사전 리튬화를 진행함으로써, 초기 충전 과정에서 소모되는 리튬을 보상하고, 전체 활물질의 그램당 용량 성능을 향상시키며, 초기 충방전 효율을 높여 배터리의 초장수명 사이클 성능에 기여합니다.

더난노는 "기존 리튬 보충 강화제 등 제품은 전고체전지 시스템에 적합하며, 이미 일부 고객사에서 실제 사용 중입니다. 추정에 따르면 전고체 및 반고체전지의 리튬 보충 첨가제 첨가량 및 비율은 기존 액체 전지 시스템보다 많습니다."라고 밝혔습니다. 현재 이 회사는 5,000톤 규모의 리튬 보충 강화제 생산능력을 구축했습니다.

안다커지는 자사의 리튬 보충 첨가제 제품이 파일럿 테스트를 완료했으며, 현재 고객사에 적극적으로 소개 중으로, 이들이 차별화된 제품 경쟁 우위를 확보하도록 도울 것으로 예상된다고 전했습니다. 동사 제품은 전고체전지의 용량 감퇴를 현저히 지연시킬 수 있으며, 전고체전지에서의 첨가량은 두 배로 증가할 것으로 예상되어 장기적인 시장 공간이 100억 위안을 초과할 수 있다고 합니다.

안다커지는 "현재 주요 응용 시장은 액체 전해질 리튬전지이지만, 리튬 보충 첨가제는 전고체전지에서 더 높은 첨가량을 구현하여 장기적인 시장 가치를 가질 것으로 전망됩니다."라고 밝혔습니다.

본 뉴스는 에서 발췌되었으며 SMM이 번역했습니다.