통합 검색
통합 검색
단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)는 실리콘음극재가 리튬이온전지에서 충분한 수명을 내도록 도와주는 도전재로 실리콘음극재 간의 전도성 네트워크를 형성해 실리콘의 팽창과 수축에도 일정한 전기전도성을 유지하는 유일한 도전재이다. 국내 실리콘음극재 시장의 성장과 함께 SWCNT 사용량도 빠르게 증가하고 있어서 100% 수입되고 있는 현 상태를 타파하고 기술자립을 이루기 위한 국산화 기술개발이 시급하다.
SWCNT는 전고체전지, 리튬황전지와 같은 차세대전지에도 수명향상을 위해 적극적으로 사용되고 있어서 향후 이차전지 시장의 변화에 빠르게 대응하고, 차세대 전지 시장정유율을 높이기 위해서도 국산화 개발이 꼭 필요하다.
합성된 SWCNT에는 당사 기준 35%, 경쟁사 기준 25%의 금속촉매를 포함하고 있다. 아래 사진의 작은 입자가 촉매이며, 카본파티클은 공정 개선으로 거의 생성되지 않는다.
금속 촉매는 이차전지 안에서 부반응을 발생시킬 수 있고, 전기전도성을 떨어뜨려서 기준치 이하로 제거가 필요하다. SWCNT 촉매 제거에 가장 많이 사용되는 방법은 Cl가스를 도입하여 FeCl3를 형성하고 기화시켜 배출시키는 방식이다. 이큐브머티리얼즈는 6개월의 개발기간을 거쳐 FBR 방식의 장치를 개발하여 샘플 제작에 사용하기 시작하였다. FBR 방식은 제작과 운용이 쉬워 본 촉매 기상제거 공정에 가장 적합한 방식이다.
SWCNT는 합성 후 큰 부피를 가지고 있어서 정제 공정에 다량 투입이 어렵다. 이를 해결하기위해 합성된 SWCNT를 적정 밀도로 압축하는 과정을 거치고, 몇 단계 전처리 과정을 거쳐서 FBR(Fludized Bed Reactor)에 다량으로 투입된다. FBR에서 Cl가스는 SWCNT 번들 틈새를 통과하며 Cl과 반응하고 다시 FeCl3로 빠져나오기 위한 확산시간이 필요하다. 이런 이유로 FBR을 이용한 배치형 공정은 기상정제에 가장 적합한 방식이다.
Cl가스 정제는 SWCNT구조를 파괴하지 않으며, 금속촉매 제거로 순도와 품질을 향상시킨다. 아래 그래프에서 Raman의 결정성 지표인 IG/ID = 98로 합성 시 보다 높게 나오는데, 품질의 개선은 아니며, 순도의 향상으로 Raman 공명현상이 잘 발생하기 때문으로 보아야 한다. TGA(산소 20%)를 통한 SWCNT 순도는 95%를 보이며, 연소 시작 온도는 촉매의 감소로 인해 20도 상승한 500도를 보인다. 정제 후 SWCNT 품질은 대표 지표에서 상용제품과 같은 품질을 보인다.
이큐브머티리얼즈는 이차전지 도전재 개발을 위한 분산용 샘플을 공급하고 있으며, 단위는 5g, 10g 단위입니다.
이큐브머티리얼즈는 2026년에는 파일롯플랜트로 연간 210kg 생산장비를 구축하고 있으며, 9월 이후에는 고객들에게 kg단위의 충분한 샘플을 공급할 것입니다.
또한, 2027년에는 연간 1.3톤 생산이 가능한 양산용 장비를 개발하여, 2028년에는 연간 13톤 생산능력으로 양산을 시작할 계획입니다.
