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1. 도전재란?
- 양극 또는 음극 활물질 사이에서 전자의 이동을 촉진시키는 물질
- 활물질 사이를 연결하여 전기적 특성을 갖도록 함
- 회사마다 전극의 활물질, 도전재, 바인더 비율은 상이하고 도전재 양은 소량이지만 필수
2. Carbon additives
- 카본 첨가제는 가장 일반적으로 사용되는 전도성 첨가제 중 하나, 카본 블랙과 카본 나노튜브는 양극과 음극에 추가하여 전기 전도도를 높이고, 리튬 이온 배터리와 같은 일부 배터리 유형의 전기화학 개선하는 데 도움이 됨
- (ex) 카본 블랙, CNT, 케첸 블랙, 아세틸렌 블랙
3. Conductive polymers
- 전도성 폴리머는 유기 고분자 중 하나로 배터리에서 전기 전도도를 증가시키기 위한 소재
- (ex) polyaniline (PANi), polypyrrole (Ppy)
4. Metal additives (자유 전자)
- 높은 전기 전도도를 가지고 있어서 전지 내에서 전기 전도성을 향상시키는 데 효과적
- 하지만 비용이 높기 때문에 대부분의 배터리에서는 비교적 제한적으로 사용
- 전기 전도도를 증가시키기 위한 소재
- (ex) 은, 금
5. Conductive carbon coating
- 양극 및 음극 물질에 일종의 카본 코팅을 입히는 것으로, 카본의 전기적 특성을 이용하여 전기전도도를 향상
6. Carbon black
- 카본블랙은 탄소계 화합물의 불완전 연소로 생성: 천연 가스나 타르의 연소 생성물을 모아 생산
- 비결정질 카본블랙 입자들이 포도 알맹이가 뭉쳐 포도송이를 이루는 형태로 이루어져 있음
- 리튬 이온 전지에서 가장 많이 사용되며, 이는 카본 블랙의 비표면적이 크기 때문에 이온 및 전자 전도성이 우수하여 전해질 흡착 및 이온 전도성 향상에 유리
- 전량 해외 수입 및 고출력 및 고속 충전에 한계 및 탄소나노튜브(CNT)보다 더 많은 양을 요구함으로 에너지 밀도 향상에 불리
7. 전도성 흑연 (Conducting graphite)
- 전도성 흑연 또한 카본 블랙과 함께 리튬 이온 전지의 도전재로서 사용되는 물질 중 하나임
- 산화에 강하며, 자기 윤활성 및 가소성뿐만 아니라 고온에서 우수한 전도성 및 접착력을 가지고 있음
- 용매 분산성이 아주 좋아, 분산용액과 같은 추가적인 분산 기술이 필요하지 않음
- 또한, 전도성 흑연의 전기 전도성을 높이기 위한 다양한 후처리 방법이 존재
- 고온에서 열처리를 하거나, 도핑 물질을 사용하여 흑연의 전기 전도성을 개선하는 방법
8. MWCNT (Multi Wall Carbon Nano Tube)
- 다중벽 탄소나노튜브는 1991년 Sumio lijima에 의해서 처음 발견되었고, 탄소벽이 8개 이상으로 이루어진 CNT로, 양극재용 도전재로 사용
- MWCNT를 양극재에 첨가하면 기존 도전재 (카본블랙)의 양 대비 1/5 수준으로 줄일 수 있어, 활물질을 추가로 더 투입할 수 있음 -> 에너지 밀도 향상&가격 경쟁력
- 카본블랙보다 높은 강도를 가지고 있어, 고전압 및 고속충전에 더 유리함
- 또한, 기존 리튬 배터리의 화학적 물성 변화를 크게 일으키지 않아 쉽게 적용 가능
9. SWCNT (Single Wall Carbon Nano Tube)
- 단일벽 탄소나노튜브는 1993 IBM Almaden Research Center와 NEC 연구소에 의해 처음 발견되었고, 단일 탄소벽으로 이루어진 CNT로 음극재용 도전재로 사용
- 실리콘 음극재에 첨가할 경우, 실리콘의 팽창을 막을 수 있어, 배터리의 수명 향상과 고속 충전이 가능함
- MWCNT 대비 지름과 탄소벽이 적어 전기 저항이 감소하기 때문이 물성이 우수하지만, 대량 생산 기술의 부족으로 수습 불안정과 고부가가치를 가짐
- 현재 SWCNT 분말은 러시아 OCSIAL만 유일하게 생산
10. TWCNT (Thin Wall Carbon Nano Tube)
- 제이오 기업은 탄소나노튜브는 직경과 길이, 형상 등을 제어할 수 있는 독자적인 생산기술을 확보한 후, 2006년 국내 최초로 MWCNT를 대량 생산하고, 2014년에 세계 최초로 수소벽 탄소나노튜브를 개발
- 탄소벽이 3-5개로 이루어진 CNT로, SWCNT에 비해 가격이 10%도 되지 않아 차세대 도전재로 시장 규모가 확대될 것
- 현재 SK온과 중국 NYD, CATL 등 글로벌 고객사를 확보
11. 그래핀 (Graphene)
- 그래핀은 높은 강도와 열 전도성 및 비표면적 특성을 가진 획기적인 물질
- SWCNT와 달리 넓게 펼쳐져 있어 더 작은 양으로, 실리콘의 팽창 현상을 더 효과적으로 억제할 수 있음
- 또한 펼쳐져 있는 구조로 전기 전도도 측면에서도 우수
- SWCNT에 비해 성능이 좋지만, 높은 제조비용으로 단기간 그래핀 상용화가 어려움
- 현재 스탠다드 그래핀 기업은 대량 생산과 가격 경쟁력을 잡은 rGO그래핀 소재 개발
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