도전재 특징 및 관련주 제이오 나노신소재

리튬이온배터리 이차전지 대표 소재는 양극재,음극재,전해액,분리막까지 총4개가 많이 알려져있지만 그 외에도 배터리의 수명을 향상시키고 늘리기 위해 필요한 재료들이 많다. 오늘은 소량 첨가되지만 중요한 역할을 하는 도전재에 대해 알아볼까한다. 도전재 특징과 관련주 제이오 나노신소재 기업에 대해 알아보자.

도전재 란?

배터리 내부에서 전기 활동을 조절하고 전기를 저장하거나 방출하는 역할을 한다.양극재를 만들기 위해서는 양극활물질과 바인더, 도전재가 필요하며, 음극재를 만들기 위해서는 음극활물질과 바인더, 도전재가 필요하다. 바인더는 접작체 역할을 하는 물질이고, 오늘 알아볼 도전재는 활물질 사이를 연결하여 전기적 특성을 갖추게하고 적은 양을 사용해도 배터리의 성능을 끌어올려주는 역할을 한다. 2차전지의 갑옷이라고 불리며 보편적으로 사용하는 카본 블랙보다 전기 전도가 높아 소량으로 동일한 효과를 내어 에너지 밀도를 크게 늘릴 수 있다.

도전재 종류

도전재종류에는 카본블랙 , 탄소나노튜브(CNT) 두 종류가 있다.

1.카본블랙 : 순수한 탄소로 구성된 미세한 입자로 되어 전기를 잘 전도하는 특성을 가지고 있다. 표면 면적이 크고 다공성을 가지고 있어 전해질의 확산 속도를 향상시켜 리튬이온의 이동을 용이하게 하고 충전과 방전 과정에서 효율성을 높여준다. 또 전자를 수용하는 능력으로 전지 내부에서 전자의 이동을 돕고 전하 균형을 유지하는 역할을 한다. 

그렇지만 카본블랙은 모든 수량을 해외에서 수입해 와야하며 많은 양이 필요하다. 또 6w 이상 사용할 수 없는 성능의 한계가 있다.

2. 탄소나노튜브 CNT : 카본블랙보다 우수한 성능을 자랑하는 CNT (Carbon Nano Tube) 가 새로운 도전재로 각광받고 있다.6개의 탄소가 육각형태로 말려져 있는데 지름은 1나노미터 크기의 튜브 형태로 구성된다.값이 싼 카본블랙보다 가격은 좀 더 나가지만 비싼건 분명히 이유가 있다.

CNT를 사용하면 전자의 이동속도가 빨라지고 전압도 더 높고 고속충전에도 더 유리하다. 뿐만아니라 접착제 역할을 하는 비싼 도전재 사용량을 줄일 수 있다.한정된 공간에 양극(음극)활물질+도전재+바인더 를 섞어서 양극재,음극재를 만드는데 도전재를 적게 사용하면 활물질을 더 채워넣을 수 있기에 배터리성능을 더 높일 수 있다. 에너지밀도는 증가하면서 원가를 절감시킬 수 있는 소재가 바로 CNT 도전재인 것이다.

특히 실리콘음극재를 만들때 CNT는 더욱 빛을 발한다. 실리콘음극재의 최대 단점은 배터리가 부푸는 스웰링현상을 최대한 낮춰야 하는데 CNT는 스웰링현상을 낮추고 전자 이동속도를 높여준다. 전기 전도도 구리의 1천배에 해당하는 능력을 가지고 있기에 배터리 효율과 성능을 개선시켜 준다.

1. 음극재용 SWCNT : 단일벽으로 된 탄소층이 루프 형태로 되어 있고 양끝이 열린 원통구조다.지름이 0.5~2.5나노미터다.앞서 말한대로 실리콘 음극재의 단점을 보완해주는 큰 장점이 있어 반드시 사용해야 하는 SWCNT 인데, 대량생산이 어려워 가격이 비싸다는 단점이 있다.
2. 양극재용 MWCNT : 단일벽이 아니고 여러개의 벽 (8개 정도의 다중벽)으로 되어 있고 지름이 7~10나노미터다.

현재 사용되고 있는 도전재 종류는 카본블랙, MWCNT,SWCNT 가 있다고 알아두면 된다. 그렇다면 눈여겨볼 도전재 관련주에는 어떤 기업이 있을까?

도전재 관련주

1.제이오 : CNT의 직경,길이,밀도 등을 제어할 수 있는 기술을 가지고 있는 기업으로 양극재용 MWCNT를 생산할 수 있다. 더불어 SWCNT도 연구개발이 끝난 걸로 알고 있는데 2024년부터 연간 10톤 생산을 목표로 하고 있다. 무엇보다 TWCNT를 세계 최초로 개발한 기업이다. 

TWCNT는 소수벽 탄소나노튜브로 3개~5개의 벽으로 된 음극재용 도전재이자 차세대 양극재용 도전재이다.SWCNT와 MWCNT의 단점을 보완한 것으로 의미 있는 성장 발판을 마련했다고 평가받고 있다. TWCNT는 올해 300톤,내년에는 400톤,2025년에는 600톤의 생산능력을 갖출것으로 기대된다.

2.나노신소재 : 디스플레이와 태양광,반도체,이차전지 등 다양한 사업분야의 소재를 만드는 기업으로 고체 물질을 나노 크기로 분말화 하고 다시 액상화 시키는 기술력을 가지고 있다. CNT는 미세한 분말형태라서 특수한 용액에 물리적으로 분산시켜줘야 한다. MWCNT분산액은 나노신소재와 동진세미켐에서 만들지만 SWCNT의 분산액은 오직 나노신소재만 만들 수 있기에 도전재 관련주로 매력있게 느껴진다.

CNT도전재 분산용매를 제조 하는데, 현재는 약 5천톤 생산가능하고 2024년에는 28,000톤,2025년에는 49,000톤 생산능력을 갖출것으로 예상된다.현재 도전재로 사용되는 CNT는 우리나라에서 유일하게 시도되고 있는데 세계적으로 뻗어나간다면 독점할 수 있는 분야이기에 기대가 더욱 크다.

지금까지 도전재 특징과 관련주로 엮이는 제이오, 나노신소재 기업에 대해 알아보았다. 양극재 원가의 1%정도 차지하지만 꽤 높은 중요한 임무를 담당하고 있어 소재주에 관심이 있다면 도전재쪽도 공부를 해놓아야한다.