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[더벨]엔켐, 수계 기반 싱글월 CNT 도전재 특허 출원
이차전지 핵심소재 전해액 전문기업 엔켐이 15일 수계 기반 싱글월 CNT 분산 기술 개발과 특허 출원을 진행했다고 밝혔다. 차세대 실리콘 음극재 시장 대응에 나선다는 설명이다. 실리콘 음극재는 흑연 대비 에너지 밀도가 높지만 부피 팽창 문제가 커 이를 제어할 도전재 기술이 핵심으로 꼽힌다.
엔켐의 CNT 도전재는 독자적인 레시피를 통해 자체 제조 방식으로 생산된다. 제천공장에는 파일럿 설비가 구축돼 있으며 미국 조지아 공장에는 연간 2000톤 규모의 멀티월 CNT 생산 공장을 구축 중이다. 해당 생산 라인은 싱글월 CNT 생산 라인으로 전환이 가능해 양산 대응이 가능한 구조를 갖췄다.
엔켐은 기존 NMP계 멀티월 CNT 분산액에 더해 수계 기반 싱글월 CNT 분산 기술을 자체 개발했다. 특히 싱글월 CNT를 수계 기반 용매에 분산시키는 기술은 난이도가 높은 영역으로 꼽힌다. 음극재용 소재는 용해도가 낮아 수계 분산이 어렵기 때문이다. 엔켐은 싱글월 CNT 수계 분산 기술을 확보하고 관련 특허(IP) 출원까지 완료해 상용화 단계 진입을 추진하고 있다.
CNT는 구리보다 전기전도성이 최대 5배 이상 높고 무게는 가벼워 고성능 도전재 소재로 주목받는다. 전도성 향상뿐 아니라 배터리 안정성과 수명 개선에도 기여해 전기차 배터리 시장을 중심으로 채택이 확대되는 추세다. 특히 급속충전 수요가 증가하면서 고전도성 도전재 중요성이 커지고 있다.
현재 음극재에는 대부분 흑연이 사용된다. 흑연은 구조가 안정적이지만 에너지 밀도가 낮다. 천연흑연은 용량이 높지만 팽창 문제가 있고 인조흑연은 안전성이 높은 대신 용량이 적다.
때문에 흑연을 대체할 소재로 실리콘이 주목받고 있다. 실리콘은 흑연보다 에너지 밀도가 10배 이상 높고 충전 속도를 높일 수 있는 장점이 있다. 다만 팽창률이 높아 안정화 기술이 필요하다. 현재는 흑연에 실리콘을 5~10% 수준으로 혼합 사용하고 있으며 향후 20%까지 확대하는 것이 업계 목표다.
이 과정에서 팽창을 억제하고 전도성을 유지하는 소재로 싱글월 CNT 도전재가 사용된다. 카본블랙을 CNT로 대체하면 도전재 사용량을 줄이고 활물질 비중을 높일 수 있어 배터리 에너지 밀도를 높일 수 있다. 배터리 제조사들도 양극과 음극에 카본블랙과 멀티월 CNT를 혼합 사용하는 추세다.
CNT 도전재는 사용량은 적지만 단가가 높아 고부가 소재로 분류된다. 실리콘 음극재 채택 확대와 함께 CNT 도전재 시장도 성장할 것으로 전망된다. 엔켐은 수계 기반 싱글월 CNT 기술과 양산 체제를 기반으로 북미 중심 글로벌 고객 확대에 나설 계획이다.
엔켐 관계자는 "기존 NMP계 멀티월 CNT 분산 기술과 수계 기반 싱글월 CNT 분산 기술을 모두 확보하고 있다"며 "양산 전환이 가능한 생산 체계를 구축해 고객사의 실리콘 음극재 적용 확대 일정에 맞춰 즉시 양산 및 공급 대응이 가능한 상태"라고 말했다.
김인엽 기자 info@thebell.co.kr
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