▲ `나노코리아 2023`에 참여한 제이오 전시부스

배터리 도전재 핵심 소재인 탄소나노튜브(CNT) 생산 전문기업 제이오가 전기차 배터리의 수요에 대응하기 위해 CNT 생산캐파를 내년 말까지 3,000톤까지 늘릴 계획이다.

제이오(대표 강득주)는 지난 5일부터 7일까지 일산 킨텍스에서 열린 ‘나노코리아 2023’ 전시회에 참여해 독자적인 선진 CNT 소재기술을 선보여 관련 업계로부터 많은 관심을 받았다.

제이오는 20년 이상 CNT를 연구해 Thin Wall CNT와 Multi Wall CNT를 생산하고 있는 나노 소재 전문기업이다. 제이오가 생산에 성공한 CNT들은 전기와 열전도도가 우수하면서 강도가 높아 이차전지 양극·음극 도전재로서 그 수요가 증가하고 있다.

도전재는 배터리 양극과 음극 안에서 전하의 이동통로 역할을 돕는 소재로 주로 카본블랙이 활용됐다. 하지만 CNT를 도전재로 사용하면 카본블랙 대비 약 10% 이상의 높은 전도도를 구현해 도전재 사용량을 30% 저감시켜 그 공간에 양극재를 더 채울 수 있어 리튬이온배터리의 용량과 수명을 늘릴 수 있다.

국내 배터리 기업들은 전기차 주행거리 향상 및 충전 시간 단축을 위해 실리콘 음극재 비중을 늘리고 있다. 하지만 충전과 방전이 반복 될수록 실리콘 입자가 파괴돼 충전 속도가 느려지고 용량이 줄어든다. 이런 실리콘 음극재 단점을 보완해 주는 것이 CNT 도전재다.

전세계적으로 전기차 시장의 폭발적인 성장과 함께 성능 개선 및 고도화 요구가 확대되면서 CNT 도전재 시장 또한 빠르게 성장하고 있다. 업계에 따르면 글로벌 CNT 수요는 2022년 14,000톤 규모에서 2030년 95,000톤 규모로 연평균 약 30% 수준의 성장세가 예상되며, 전기차 배터리용 CNT는 2030년 약 3조원 규모의 시장으로 성장할 것으로 전망된다.

다만 배터리에 들어가는 CNT는 철(Fe)이 없어야 하고 분산이 잘되는 고순도 제품이 필요한데 이를 생산 할 수 있는 기업은 LG화학, 제이오, 일본의 제온, 중국의 시나노 등 극소수다. 제이오는 99% 이상 순도의 직경이 작고 길이가 긴 Thin Wall CNT 세계 최초 개발 및 대량 생산 기술 확보했다.

▲ 제이오가 개발해 양산하고 있는 TWCNT(中)와 MWCNT(右), SWCT(左)

제이오의 TWCNT(Thin-Wall Carbon Nanotube) 제품은 직경이 4~7nm, 벽수가 3~5개 정도인 소재로 전도성과 강도가 SWCNT(단일벽탄소나노튜브)에 가까운 수준이며, MWCNT(Multi-Wall Carbon Nanotube) 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.

이차전지 음극재로 실리콘계가 각광을 받고 있는 가운데 음극 도전재로는 CNT를 사용하는 경우가 늘고 있어, 제이오의 TWCNT 수요도 늘 전망이다.

제이오 관계자는 “현재 제이오는 연간 1000톤 규모의 CNT 생산능력을 보유하고 있으며, 지난 2월 인수한 안산 제2공장에 설비를 갖춰 연 2000톤 규모로 CNT를 생산할 계획이다. 그리고 내년 말까지 총 3000톤 규모를 확보하는 것이 목표”라고 전했다.