첨가제(Additive)는 제품 생산 과정에서 추가하는 소량의 약품, 물질의 총칭이다. 주 재료가 아닌 어디까지나 부수적으로 들어가는 것이기에 첨가(添加)라는 단어를 쓴다.
첨가제의 목적은 매우 다양하지만, 대부분은 주 재료의 품질 향상이나 안정성 유지 차원에서 쓰인다. 플라스틱의 소성을 높이는 가소제, 의약품의 성분 안정을 위한 여러 보조 약품, 심지어 식품에 쓰이는 방부제도 일종의 첨가제다. 물론 두 번째 의미의 자동차용 첨가제도 이 넓은 의미의 첨가제의 일종이다.
전기차 배터리 첨가제는 2차전지 기본 구성요소인 양극재, 음극재, 전해액에 특정 소재를 첨가해 성능을 개선시키는 방식이다. 배터리 성능을 높이기 위한 하이니켈 배터리 이용이 늘고 있어 배터리 안정성을 높일 수 있는 첨가제의 중요성은 더 커지고 있다. 첨가제 종류는 크게 3 가지로 구분할 수 있는데, 음극재에서 에너지 용량을 높일 수 있는 실리콘 음극활물질이 가장 첫 손에 꼽힌다. 기존 흑연 소재에 실리콘 음극활물질을 5~10wt%로 첨가할 경우 음극재의 에너지 밀도 향상, 충전 속도 단축 등의 효과를 기대할 수 있다.
CNT 도전재에도 관심이 집중되고 있다. 양극재에서는 기존 도전재인 카본블랙을 대신해 CNT를 사용시 전자이동도가 높아 도전재 사용량을 1/5 수준으로 줄일 수 있다. 따라서 동일 부피 내에서 도전재 사용량을 줄이고 양극활물질을 더 많이 투입할 수 있어 에너지 밀도를 높일 수 있다.
음극재에서는 실리콘 음극활물질과 연관성이 높다. 실리콘 음극활물질은 기존 흑연 소재에 비해 부피 팽창이 크기 때문에 많은 문제가 발생할 수 있다. 이 때 CNT 도전재가 실리콘 음극재의 팽창을 잡아주는 보완재로서 사용된다.
마지막으로 전해질 및 전해액 첨가제이다. LiPF6 와 함께 일반적으로 같이 사용되는 전해질은 LiFSI 및 LiPO2F2이며, LiPF6와 병행해서 사용됐을 시 배터리 수명 향상 및 저온 성능 개선의 효과를 기대해 볼 수 있다.[1]
전해액 첨가제
전해액은 염, 용매, 첨가제로 구성되어 있다. 첨가제는 특정한 목적을 위해 소량으로 첨가되는 물질로써 양극이나 음극 표면에 보호막을 형성하는 역할을 한다. 리튬이 양극과 음극 사이를 원활하게 이동할 수 있도록 도와주고 배터리의 성능이 악화되는 것을 방지하는 핵심적인 역할을 수행한다. 첨가제는 양극용과 음극용으로 나눌 수 있는데, 양극 보호 첨가제는 양극의 구조를 안정화시키거나 표면을 보호해 열화를 억제하면서 발열을 개선시키거나 과충전을 방지하는 역할을 한다. 음극용 첨가제는 용매보다 먼저 분해되어 음극에 튼튼한 막을 형성하고 수명을 향상시키며 발열을 줄이거나 배터리 용량을 유지하는 역할도 하고 있다. 이러한 양극용과 음극용 첨가제 모두 전해액 용매에 잘 녹고 화학적으로 안정성이 있어야 한다는 공통점을 가지고 있는데, 고객이 요구하는 스펙이나 목적에 따라 각기 다른 첨가제를 사용한다.
첨가제는 전해액에서 차지하는 절대적인 함량은 적지만 수명 개선, 고온특성 개선, 저항 감소 등의 역할을 통해 전해액 전체 시스템에서 핵심적인 역할을 수행한다고 볼 수 있다. 하지만 전고체 기술을 도입하고 상용화되면 전해액 첨가제 시장은 크게 위협 받는다.
천보는 배터리 소재 중 전해액 첨가제 분야에서 세계적 경쟁력을 갖췄다는 평가를 받고 있다. 천보는 2013년 배터리 첨가제 연구 개발을 시작해 2017년 전해액 첨가제인 LiFSI(F전해질)를 세계 최초로 양산하는데 성공했다. 이후 LiPO₂F₂(P전해질), LiBOB(B전해질), LiDFOP(D전해질) 생산 시설을 갖추며 2차전지 전해액 첨가제 생산 기업으로 변신하는 중이다.[2] [3]
각주
참고자료
같이 보기
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