[2차전지] 차세대 음극재 핵심 키워드 BEST

안녕하세요 쥬토끼에요

 

차세대 2차 전지 소재와 개별 현황을

알아보는 두 번째 포스팅으로

오늘은 차세대 음극재에 대해 알아볼게요

 

 

 

출처: Pixabay 무료이미지

 

 

 

2차 전지 핵심소재에 대한 기본 정보와

차세대 양극재에 대한 정보는

아래 포스팅 참고해주세요

 

2020/08/26 - [★ 쥬토끼의 내 꿈 키우기/주린이 성공기] - [2차 전지] 그것이 알고 싶다 1편

 

2020/08/27 - [★ 쥬토끼의 내 꿈 키우기/주린이 성공기] - [2차전지] 그것이 알고 싶다 2편

 

2020/09/01 - [★ 쥬토끼의 내 꿈 키우기/주린이 성공기] - [2차전지] 차세대 양극재 핵심 키워드 BEST 4

 

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차세대 음극재

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출력과 용량을 결정하는 양극재가

2차 전지의 핵심적인 역할을 담당했기 때문에

음극재에 대한 주목도가 상대적으로 낮았어요

 

 

국내 주요 3사 또한 양극재 개발 및
생산에 선택, 집중하여

세계 시장 점유율 TOP10 상위에 포진하고 있죠

양극재에 대한 연구가 활발히 진행됨에 따라

효율적으로 더 많은 리튬이온 생성이 가능해졌고

이제는 좀 더 작고 가볍게, 고밀도로 보관하기 위한

음극재 개발이 중요해지고 있어요

 

 

즉, 음극재의 핵심 역할은

질량당 리튬이온을 더 많이 보관하는 거죠

 

 

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1ST 키워드: 실리콘

 

음극활물질은 양극재에서 생성된 리튬이온을

보관, 방출하면서 전기에너지를 생성하는 물질이죠

 

현재 음극활물질은
주로 흑연(탄소)을 사용하고 있어요

흑연은 리튬이온을 보관할 수 있는 소재 중

매우 안정적이고 값이 싼 장점이 있어요

 

이론적으로 탄소 원자 6개당

리튬이온 1개를 보관할 수 있는데

(이론 용량 최대 372mAH/g)

중, 대형 배터리에 대한 수요가 많아지면서

더 많은 리튬이온을 보관하는 실리콘을 사용한

음극활물질을 개발하기 시작했어요

 

 

실리콘 음극재의 실리콘은
5개의 원자로 22개의 리튬 원자를 저장해

실질 에너지 용량이 약 1,500mAH/g에
달할 것으로 예측돼요
(이론 용량은 최대 3,590mAH/g)

관련 소재 업체는

대주전자재료, 신에츠화학(일본),
BTR(중국) 등이 있고

포스코케미칼도 R&D 단계에
들어간 것으로 파악되고 있어요

LG화학은 이미 포르셰 2020년 타이칸 모델에

실리콘 산화물 음극재를 적용한 배터리 탑재해

상용화에 성공해 실리콘 음극재를 사용해

에너지 밀도와 충전 속도 향상을 동시에

성공시켰어요

 

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2ND : 양극재에 이어 또 탄소나노튜브(CNT)

 

 

하지만 실리콘 음극재는

실리콘의 부피가 팽창해 충방전 효율성을

떨어뜨리고 수명을 단축시키는 단점이 있어

탄소나노튜브(CNT)를 보완재로

사용하는 방안이 연구 중에 있어요

 

탄소나노튜브는
실리콘의 팽창을 잡아주는 보완재로 첨가됐지만

바인더의 역할을 대체하거나 강화할 수 있다는

점에서 다시 한번 주목되는 소재예요

 

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3RD : 음극재 바인더

 

접착 역할을 하는 바인더는

활물질의 구조를 유지하고 하기에

부피팽창을 제어하는 기능이 필요한

실리콘 음극재에서 특히 중요하다 할 수 있어요

 

음극재 바인더는 접착성이 좋은 SBR과 CMC를

물에 섞은 것을 주로 사용한다고 해요

 

음극재 바인더 생산업체는 일본의 ZEON, JSR 등

라텍스/합성고무 전문 업체가 독과점하고 있는데

우리나라 라텍스 제조업체인 한솔케미칼도

음극재 바인더 공급업체예요

그 밖에 LG화학과 금호석유화학도
향후 음극재 바인더 공급을 시작할 것으로
전망되고 있어요

 

 

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4TH : 리튬메탈 배터리

 

 

음극활물질에 주로 사용되는 흑연은

향후 리튬메탈로 대체될 전망이에요

 

리튬메탈은 에너지 밀도가 흑연 대비 10배 이상이고

전압도 높아 출력이 큰 장점이 있어요

 

기존 액체 전해질과 사용할 경우 반응해

음극이 소모되는 문제가 있지만

향후 고체 전해질에서 그 사용성이 높아

전고체전지에서 활용될 것으로 예상돼요

 

 

출처: 한국투자증권 리포트 음극활물질의 종류와 차세대 음극활물질

 

 

양극재에 비해 다소 내용이 어려워

정리하는데 시간이 좀 걸렸는데

오늘도 유익한 정보 전달이 되었길 바라요🥕