탄소계 소재 불순물 없애 고품질 생산 가능
미래부 연구성과 지원사업 통해 기술 보완
미래부 연구성과 지원사업 통해 기술 보완
■사업화 유망 히든 테크
(23) 국가핵융합연구소 홍용철 박사 탄소계 음극재 고품위화 기술
국내 기업들이 글로벌 리튬이차전지 시장에서 점유율 1위를 기록하고 있지만 소재와 원천기술은 해외 의존비율이 높다.
특히 리튬이차전지의 4대 핵심소재인 양극재, 전해액, 분리막, 음극재 모두 선진국에 원천기술을 의존해 경쟁력 저하의 주요 원인으로 꼽힌다.
그 중에서도 음극재는 일본이 지적재산권을 많이 갖고 있는 데다 중국 기업들은 풍부한 천연흑연 매장량을 무기로 가격경쟁력이 우수해 국내 기업의 진입이 힘든 상황이다.
국가핵융합연구소 홍용철 박사는 대표적인 리튬이차전지 음극재인 탄소계 소재를 고품질로 생산할 수 있는 기술을 개발했다.
천연흑연은 초기 충전효율이 낮은 단점이 있는데, 홍 박사는 이를 보완하기 위해 페트로코크스, 콜타르, 피치 등 불순물이 많이 섞인 물질에 섭씨 6000도 정도의 질소 프라즈마를 처리해 불순물을 없애고 열처리를 하는 공정을 개발했다.
이를 통해 수분, 황, 재 등 불순물을 제거함으로써 탄소 순도가 높은 인조흑연, 소프트카본, 하드카본 등 음극재를 생산할 수 있다.
연구팀은 플라즈마 반응기와 원료물질 주입장치, 처리된 물질을 회수하는 회수장치로 구성된 실험장치를 개발했다.
이 공정은 대기압 조건에서 모든 과정이 연속공정으로 이뤄져 구현이 쉽다는 장점이 크다.
홍 박사는 "실험 결과 불순물 제거 정도가 육안으로 뚜렷하게 확인됐다"며 "처리 결과 순도를 20∼30% 높일 수 있었고, 향후 반응기 구조 업그레이드를 통해 순도를 더욱 향상시켜 나갈 것"이라고 말했다.
IT기기에서는 가격이 낮고, 중국이 80% 시장을 차지하고 있는 천연흑연이 주류를 차지하지만 출력과 수명 요구 수준이 높은 전기자동차와 에너지저장시스템 시장이 커지면 인조흑연과 소프트카본 음극재 수요가 커질 전망이다.
전기자동차 한 대에 탑재되는 이차전지 용량은 노트북의 300∼500배로 커 소재 분야에서 파괴력이 크다.
현재 리튬이차전지 음극재는 히타치케미컬, 일본카본, JFE, 미쓰비시케미컬 등 일본 기업이 주류를 차지하고 있고, 중국 기업인 BTR에너지가 천연흑연을 갖고 11% 정도 점유율을 갖고 있다.
홍 박사는 "출력과 충방전, 수명 요구 때문에 플라즈마 가공을 통한 인조ㆍ천연흑연 혼합소재와 인조흑연 및 소프트ㆍ하드카본 혼합소재 요구가 커질 것"이라며 "이 기술을 통해 음극재 시장에서 수입 대체와 수출국으로의 전환이 가능할 것으로 기대한다"고 설명했다.
연구팀은 미래창조과학부 연구성과 사업화 지원사업을 통해 기술 보완과 사업화에 나설 계획이다.
또 탄소계에 이어 산화실리콘계 음극재 역시 플라즈마를 이용해 원료물질 합성과 탄소코팅을 동시에 하는 공정을 개발할 계획이다.
안경애기자 naturean@
(23) 국가핵융합연구소 홍용철 박사 탄소계 음극재 고품위화 기술
국내 기업들이 글로벌 리튬이차전지 시장에서 점유율 1위를 기록하고 있지만 소재와 원천기술은 해외 의존비율이 높다.
특히 리튬이차전지의 4대 핵심소재인 양극재, 전해액, 분리막, 음극재 모두 선진국에 원천기술을 의존해 경쟁력 저하의 주요 원인으로 꼽힌다.
그 중에서도 음극재는 일본이 지적재산권을 많이 갖고 있는 데다 중국 기업들은 풍부한 천연흑연 매장량을 무기로 가격경쟁력이 우수해 국내 기업의 진입이 힘든 상황이다.
국가핵융합연구소 홍용철 박사는 대표적인 리튬이차전지 음극재인 탄소계 소재를 고품질로 생산할 수 있는 기술을 개발했다.
천연흑연은 초기 충전효율이 낮은 단점이 있는데, 홍 박사는 이를 보완하기 위해 페트로코크스, 콜타르, 피치 등 불순물이 많이 섞인 물질에 섭씨 6000도 정도의 질소 프라즈마를 처리해 불순물을 없애고 열처리를 하는 공정을 개발했다.
이를 통해 수분, 황, 재 등 불순물을 제거함으로써 탄소 순도가 높은 인조흑연, 소프트카본, 하드카본 등 음극재를 생산할 수 있다.
연구팀은 플라즈마 반응기와 원료물질 주입장치, 처리된 물질을 회수하는 회수장치로 구성된 실험장치를 개발했다.
이 공정은 대기압 조건에서 모든 과정이 연속공정으로 이뤄져 구현이 쉽다는 장점이 크다.
홍 박사는 "실험 결과 불순물 제거 정도가 육안으로 뚜렷하게 확인됐다"며 "처리 결과 순도를 20∼30% 높일 수 있었고, 향후 반응기 구조 업그레이드를 통해 순도를 더욱 향상시켜 나갈 것"이라고 말했다.
IT기기에서는 가격이 낮고, 중국이 80% 시장을 차지하고 있는 천연흑연이 주류를 차지하지만 출력과 수명 요구 수준이 높은 전기자동차와 에너지저장시스템 시장이 커지면 인조흑연과 소프트카본 음극재 수요가 커질 전망이다.
전기자동차 한 대에 탑재되는 이차전지 용량은 노트북의 300∼500배로 커 소재 분야에서 파괴력이 크다.
현재 리튬이차전지 음극재는 히타치케미컬, 일본카본, JFE, 미쓰비시케미컬 등 일본 기업이 주류를 차지하고 있고, 중국 기업인 BTR에너지가 천연흑연을 갖고 11% 정도 점유율을 갖고 있다.
홍 박사는 "출력과 충방전, 수명 요구 때문에 플라즈마 가공을 통한 인조ㆍ천연흑연 혼합소재와 인조흑연 및 소프트ㆍ하드카본 혼합소재 요구가 커질 것"이라며 "이 기술을 통해 음극재 시장에서 수입 대체와 수출국으로의 전환이 가능할 것으로 기대한다"고 설명했다.
연구팀은 미래창조과학부 연구성과 사업화 지원사업을 통해 기술 보완과 사업화에 나설 계획이다.
또 탄소계에 이어 산화실리콘계 음극재 역시 플라즈마를 이용해 원료물질 합성과 탄소코팅을 동시에 하는 공정을 개발할 계획이다.
안경애기자 naturean@
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