인동첨단소재㈜-㈜FIC신소재, ‘구상조립흑연 음극재’ 개발 양산 성공

인동첨단소재㈜와 ㈜FIC신소재가 ‘구상조립흑연 음극재’를 개발, 양산하는데 성공했다.

인동첨단소재㈜와 ㈜FIC신소재는 자연에서 채굴된 천연흑연을 이차전지 음극재로 만드는 과정에서 다량의 염산, 황산, 불산 등을 사용해 환경을 오염시키는 기존 흑연 음극재 공정을 개선해 화약약품을 사용하지 않는 방식으로 미세흑연 입자를 재조립하는 공정을 적용했다.

인동첨단소재㈜는 3년간의 연구 개발을 통해 흑연을 1um 단위로 분쇄할 수 있는 공정을 개발하고, ㈜FIC신소재에서는 수년간 개발 및 파이로트(Pilot) 생산용 장비 테스트를 진행하면서 축적된 기술을 적용해 구상조립기술을 완성하고 현재 포항에 양산 장비 구축을 진행하고 있다.

<전자현미경으로 측정한 구상조립흑연의 표면사진 및 단면 사진 / 출처: 인동첨단소재(주)>

이번에 발표한 구상조립흑연의 외형은 음극재에 최적화된 구형을 띄고 있으며, 내부는 미세흑연 입자들이 고밀도로 조립된 형태로 구현되어 있다.

인동첨단소재(주), (주)FIC신소재와 같은 계열사로 차세대 이차전지를 개발·생산하는 (주)유로셀(유성운 대표이사)은 구상조립흑연 음극재를 적용해 전지 제조 후 테스트를 진행 중에 있으며, 이론적으로 약 7배 빠른 충방전 속도 구현이 가능하다.

일반적으로 이차전지용 음극재는 천연 흑연과 인조흑연을 사용하고 있으나 천연흑연은 인조흑연 대비 용량이 높고 가격이 저렴하지만, 수명이 짧다.

아울러 인조흑연은 수명이 길다는 장점이 있지만 석탄과 타르를 고온 소성하는 방식으로 제조되는 석유화학제품으로 환경오염을 야기시키고 천연흑연 대비 낮은 용량과 가격 비싸다.

이러한 가운데 구상조립흑연은 천연과 인조흑연의 장점만을 취해 수명이 길고, 물리적 충전 및 방전 속도가 빠르며 용량도 높다. 또한 가격이 저렴하고 무엇보다 제조과정에서 기존 음극제의 가장 큰 문제점인 환경오염을 일으키지 않는다는 특징을 지니고 있다.

이외에도 인동첨단소재㈜는 흑연이 표면 전위(Potential)가 서로 반발하는 특성이 있어 대량으로 분쇄하는데 어렵다는 점에 착안해 이에 대한 해결 공법을 찾아냈으며, 화학 처리를 하지 않은 흑연으로부터 미분쇄 가공으로 사용 가능한 입자와 순도로 만들고 구상조립공정을 거치면 이차전지용 음극재로 사용할 수 있다는 것이 업체 측 설명이다.

이 원료 표면을 코팅하면 일반적으로 사용되는 2차전지용 음극재가 된다.

또한 구상조립공정 중 실리콘 등 새로운 첨가물을 넣으면 특별한 전기적/물리적 기능을 가진 맞춤형 2차전지용 음극재 제조할 수 있다.

인동첨단소재㈜ 유성운 대표는 “지금까지 비교적 싼 가격과 대체 불가능 할 정도의 안정적인 물리적 특성을 가진 흑연 음극재의 발전은 오래 전부터 정체되어 있었다. 이에 구상조립흑연 음극재와 이차전지용 실리콘음극재로 오랜 기술의 정체를 깨고 새로운 이차전지시대가 열렸다”며 “새로운 기술을 통해 지구환경 개선에 도움이 되기를 바란다”고 전했다.

​