도전재

도전재는 리튬이온 배터리에서 전기·전자의 흐름을 돕는 소재이다.

개요

리튬이온 배터리에서 양극의 틀을 잡아주는 얇은 알루미늄 기재에 활물질과 도전재 그리고 바인더가 섞인 합제가 입혀져 있다. 활물질은 리튬이온을 포함하고 있는 물질이고, 도전재는 리튬산화물의 전도성을 높이기 위해서 넣고, 바인더는 알루미늄기재에 활물질과 도전재가 잘 정착할 수 있도록 도와주는 일종의 접착 역할을 한다. 이렇게 만들어진 양극은 배터리의 특성을 결정짓는 중요한 역할을 하게 된다.

글로벌 전기차 시장 성장과 더불어 탄소나노튜브가 리튬이온 전지의 양극 도전재 용도로 쓰이고 있다. 양극재용 도전재에는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 주로 쓰이며 탄소나노튜브를 양극 도전재로 사용하면 기존의 카본블랙 대비 약 10% 이상 높은 전도도를 구현해 도전재 사용량을 약 30% 줄이고, 그 공간을 필요한 양극재로 더 채워 리튬이온배터리의 용량과 수명을 늘릴 수 있다. 탄소나노튜브는 전기·열 전도율이 구리·다이아몬드와 동일하고 강도는 철강의 100배에 달하는 차세대 신소재로 기존 소재 대비 우수한 특성 덕분에 배터리, 반도체, 자동차 부품, 항공기 동체 등에 폭넓게 쓰인다.

글로벌 전기차 시장을 중심으로 탄소나노튜브 수요는 2019년 3000t 규모에서 2024년 1만3000t 규모로 연평균 34%의 폭발적인 성장세를 기록할 것으로 전망되고 있다.

리튬이온 배터리 음극은 구리 기재 위에 활물질, 도전재, 바인더가 입혀진다, 단일벽탄소나노튜브(SWCNT)가 음극재의 도전재로 쓰인다. 실리콘 음극재의 충전용량을 강화하는 과정에서 발생하는 구조적 안전성을 강화하는 역할을 한다.

관련업체

러시아 옥시알이 180톤 규모의 룩셈부르크 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 공장을 2024년 본격 상업 가동한다. 실리콘 음극재용 도전재로 쓰이는 SWCNT 생산능력을 지금보다 3배 이상 확대할 계획이다. 옥시알은 러시아 현지에 80톤 규모 SWCNT 생산능력을 보유하고 있다. 회사는 배터리 제조 업체에 SWCNT를 세계 최초로 양산했으며, 급성장하는 실리콘 음극재 시장에 대응해 생산능력을 키우고 있다.

LG화학은 2025년 MWCNT 생산능력을 현재 대비 3배 확장하겠다는 계획이다. LG에너지솔루션 수요에 대응해 하반기 1200톤 규모 3공장 건설도 준비하고 있다. 금호석유화학은 아산에 120톤 규모 MWCNT 생산 공장을 보유하고 있다. 국내 중소 소재 업체들도 제품 생산을 추진하고 있다. 코본은 국내 업체로는 처음으로 SWCNT 양산을 추진하고 있으며, 제이오는 MWCNT와 SWCNT 성능을 결합한 얇은벽 CNT(TWCNT) 개발에 나서고 있다.

참고자료

• 〈리튬이온 배터리의 4대 요소〉, 《삼성SDI》
• 한경우 기자, 〈"2차전지 도전재 수요 공략" LG화학, 탄소나노튜브 1200t 증설 결정〉, 《매일경제》, 2020-04-27
• 김지웅 기자, 〈옥시알, 2024년 룩셈부르크 공장 가동…SWCNT 생산능력 3배 늘린다〉, 《전자신문》, 2021-07-29

같이 보기

• 양극활물질
• 탄소나노튜브

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