▲ `나노코리아 2024`에 참여한 제이오가 배터리 양·음극재 도전재용 CNT를 선보였다.

배터리 도전재 핵심 소재인 탄소나노튜브(CNT) 생산 전문기업 제이오가 전기차 배터리의 글로벌 수요에 선제 대응하기 위해 안산 제2공장 준공으로 생산량을 확대하고 TWCNT(씬월탄소나노튜브)의 고도화 및 대량 양산을 준비중이다.

제이오(대표 강득주)는 지난 7월 3일부터 5일까지 일산 킨텍스에서 열린 ‘나노코리아 2024’ 에 참가해 배터리 양·음극재 도전재용 CNT ‘JENOTUBE 10B’와 ‘JENOTUBE 6A’ 등을 중점 홍보했다.

탄소끼리 결합돼 나노미터(nm)의 직경을 가진 튜브 형상의 탄소 동소체 CNT는 강도, 전기적, 열적, 기계적 등의 성질이 기존 소재들에 비해 우수하고 튜브 지름에 따라 도체·반도체 여부가 나뉘어 차세대 소재로 주목 받고 있다.

이렇게 뛰어난 물성을 바탕으로 CNT는 이차전지의 도전재에 주로 사용되고 있고, 대전 방지 및 전자기파 간섭의 제어가 필요한 전기전도성 제품의 소재나 자동차 외장부품 정전도장용 플라스틱 등에도 활용된다.

도전재는 배터리 내 전하의 이동통로 역할을 하는 것으로 주로 카본블랙이 사용됐는데, 이를 CNT로 대체하면 에너지 밀도 및 수명이 향상되고 배터리 크기도 줄일 수 있는 장점이 있다. CNT를 양극 도전재로 사용하면 카본블랙 대비 약 10% 이상의 높은 전도도를 구현해 도전재 사용량을 30% 줄이고, 그 공간에 양극재를 더 넣어 배터리의 에너지 밀도 및 수명이 향상된다.

또한 최근에는 전기차 주행거리 향상 및 충전 시간 단축을 위해 실리콘 음극재 비중을 늘리고 있지만 충전과 방전이 반복 될수록 실리콘 입자가 파괴돼 충전 속도가 느려지고 용량이 줄어드는 문제가 있다. CNT 도전재는 이러한 실리콘 음극재의 단점을 보완해 준다.

다만 배터리에 들어가는 CNT는 철(Fe)이 없어야 하고 분산이 잘되는 고순도 제품이 필요하다. 하지만 고순도의 CNT를 공급할 수 있는 기업은 극소수에 불과하다. CNT 제품 풀 라인업을 보유하고 있는 제이오는 MWCNT(Multi Wall CNT)와 직경과 벽 수를 줄인 TWCNT(Thin Wall CNT)를 독자 개발 및 양산해 국내 뿐만이 아니라 중국, 일본 등 글로벌 전기차 및 배터리 메이저 기업에 공급하고 있다.

▲ 제이오의 배터리 양·음극재 도전재용 CNT ‘JENOTUBE 10B’와 ‘JENOTUBE 6A’

CNT에는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)와 소수벽 탄소나노튜브(TWCNT), 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 등 3가지가 있다. MWCNT는 양극재와 음극재에, SWCNT는 음극재에 사용되며, 제이오만이 MWCNT부터 TWCNT와 SWCNT를 모두 제공하고 있다.

제이오는 99% 이상 순도의 직경이 작고 길이가 긴 TWCNT를 세계 최초 개발 및 대량 생산 기술 확보했다. TWCNT는 직경이 4~7nm, 벽수가 3~5개 정도인 소재로 전도성과 강도가 SWCNT에 가까운 수준이며, MWCNT 보다 적은 함량으로 효과적인 성능 구현이 가능하기 때문에 타 경쟁업체보다 품질과 가격 경쟁력이 높다.

또한 제이오의 CNT는 넓은 비표면적과 작은 직경으로 우수한 전기적 특성 구현은 물론 연속 생산으로 고효율의 균질한 제품 및 불순물 1% 이하 고순도 소재 생산, 비철계 촉매를 사용해 전지의 전압 강하와 화재 위험 방지 등 우수한 성능과 강점을 보유했다.

지난 5월 제이오는 경기도 안산에 제2공장을 준공했다. 2공장 준공으로 제이오는 기존 안산 제1공장과 더불어 총 2,000톤 규모 생산능력(CAPA)을 확보했으며, 2공장은 올해 하반기 가동될 예정이다. 같은 시기 1,000톤 규모 추가 증설도 준비하고 있어 내년에는 총 CAPA가 3,000톤까지 늘어날 예정이다.

제이오 전지소재사업부 박향기 책임은 “제이오는 20년 이상의 CNT 생산 경험을 토대로 업계 최초로 MWCNT 대량생산에 성공했다. 앞으로도 제이오는 높은 성능을 구현하는 CNT를 제공하기 위해 노력할 것”이라면서, “올해는 SWCNT의 원가 문제를 해결하면서 대량생산할 수 있는 방안을 모색하고 있다”고 말했다.

한편, 지난 1994년 설립된 제이오는 신소재 생산설비 사업과 함께 CNT 등 나노소재 사업을 영위하고 있다.