2차전지 소재-실리콘 음극재 + CNT 도전재

실리콘음극재

 

전기차 인프라 부족, 충전/주행거리 이슈에 따른 배터리 스펙 향상 니즈 꾸준
실리콘음극재 적용으로 주행거리, 충전속도 개선이 가능

음극재는 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 전류를 흐르게 하는 역할
원가가 낮고 양산이 용이한 천연 흑연, 인조 흑연이 주로 사용된다.
차세대 음극재로 주목받는 실리콘 음극재는 흑연 대비 용량이 높다.

실리콘음극재의 정형화된 틀은 없다.
업체별로 실리콘 형태, 크기, 전구체, 코팅 종류 등에서 기업별로 다양한 특색을 지닌다. 

현재는 주로 SiOx(실리콘산화물계)가 제품화돼 있다.

 

① SiOx(실리콘산화물계)
SiOx는 현재 상용화 수준에서 가장 큰 비중을 차지
BTR, Shin Etsu, 대주전자재료 등 글로벌 업체들의 생산 방식
SiOx는 초기 효율이 낮지만 부피 팽창이 적고, 준수한 수명주기를 가진다.
제조 비용은 상대적으로 높은 편이다.

②Si/C(실리콘탄소 복합체)

Si/C는 일부 셀메이커와 글로벌 스타트업들이 채택한 방식
실리콘 물질과 탄소를 결합한 복합체 구성으로, 높은 초기 효율을 보인다.
이론적으로 대량생산이 용이해 양산 규모로 진입 시 제조원가 측면에서 경쟁력을 확보할 수 있다.
아직 양산이 이뤄지지 않았고 연구개발, 생산 라인 구축 단계에 접어들었다.
엠케이전자, 한솔케미칼이 개발 및 관련 사업 투자를 계획 중

③Si/Alloy(실리콘합금) 외 기타

Si/Alloy는 상대적으로 공정이 단순해 제조 원가가 낮다는 장점을 가진다.
엠케이전자는 Si/Alloy 제형으로 2010년 중반부터 삼성SDI와 공동 특허를 출허

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CNT도전재

 

실리콘음극재 채택 확대에 따라 CNT도전재 사용량 증가도 필연적
도전재는 활물질 사이 빈 공간에 투입돼 전자 이동을 도와주는 역할
현재 카본블랙이 도전재로 주로 적용
실리콘음극재의 가장 큰 문제점은 부피 팽창과 전도 감소다.
카본블랙 물성만으로는 실리콘음극재의 부반응을 상쇄시키면서 배터리에 제품화하기 힘들다.

출처: 신한투자증권

CNT는 전기 네트워크 형성으로 안정적 활물질 결착 상태를 유지시켜 주고,
전자 이동 경로 역할로 전도성이 떨어지는 실리콘 단점을 보완한다.
선형 구조로 충방전 시 실리콘 입자 팽창 완화 기여, 
도전재와 바인더 사용량 줄여 추가 활물질 투입을 가능하게 한다.

SWCNT는 실리콘음극재 시장 성장과 동행 전망
SWCNT는 높은 열/전기 전도도, 낮은 저항값을 지녀 
전도도로 배터리 화재를 야기할 수 있는 핫스팟 방지에 도움을 준다.
MWCNT는 SWCNT보다 열/전기 전도도 등 물성은 떨어지나
제조원가가 충분히 낮아 양극재 중심으로 채택이 확대되고 있다.

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실리콘음극재 배터리는 비중국, 중국 모두에서 상용화, 증설 구간에 들어섰다.
폼팩터에도 유연하게 대응 가능하다.
CNT도전재는 음극뿐만 아닌 양극 대응 확장성이 있다.