배터리 산업이 급격히 성장 진화하고 있는데요..
최근 주식시장이나 경제 보도를 보면 대부분 반도체 아니면 전기차 배터리 뉴스가 많은데..
그 중에 이차전지 배터리에 대해..그 중에서도 배터리에 들어가는 원료에 대한 중국 집중화에 대해 거론되면서
심각성과 경각심을 일으키고 있는데요..
배터리 4원료중 흑연은 인조흑연과 천연흑연이 있다고 하는데..
이 둘의 정확한 정의와 제조 방법이 어떠하며,..시장에서의 가치는 어떻게 보고 있는지 궁금하네요.
안녕하세요. 홍기윤 과학전문가입니다.
천연흑연은 자연에 흑연 상태로 존재하는 광물을 통해 얻습니다. 탄소 성분이 오랜 시간 동안 고온·고압 상태로 층층이 쌓인 판상형 형태를 이루고 있죠. 천연흑연은 인조흑연에 비해 흑연화도가 높고 저가이며, 높은 리튬 이온 저장용량을 나타냅니다. 하지만 입자 형상이 침상 혹은 판상구조를 보이고 불규칙한 구조로 인해 표면적이 크고 edge 면의 노출이 많아서 전지에 적용 시 전해질의 침투나 분해반응에 의해 edge 면이 박리나 파괴되어 비가역 반응이 크게 일어난다는 특징이 있습니다. 그래서 높은 용량을 보이는 특성에 반해 고충전출력 특성은 인조흑연에 비해 떨어집니다. 충방전은 판상형 사이의 틈으로 리튬 이온이 이동하면서 전류가 흐르게 되는 것인데, 천연흑연은 전류의 이동경로가 양옆 2곳밖에 없어 충전과 방전 효율이 떨어집니다. 또 배터리를 계속 사용하게 되면 층이 벌어져 부풀게 되는 스웰링 현상도 자주 발생하게 됩니다. 하지만 가격이 싸다는 무시할 수 없는 장점이 있습니다.
인조흑연은 리튬 이온의 이동 경로가 많아, 효율이 높아 급속충전에 유리하다는 장점이 있습니다. 또 천연흑연보다는 안정적인 구조를 지녀 스웰링 현상이 상대적으로 적게 일어나기 때문에 배터리로 사용될 때 수명이 길다는 특징이 있습니다. 인조흑연의 원료는 석유계 타르로 만들어진 코크스, 석탄계 타르로 만들어진 코크스가 있습니다. 그 두 코크스의 특성이 약간 다른데, 그중 바늘 형태를 띠는 침상코크스가 주된 원료로 사용됩니다. 코크스는 사이즈가 크기 때문에 적당한 크기와 모양으로 가공하는 공정(분쇄-조립)과 열처리(흑연화) 공정을 거치면 인조흑연이 됩니다. 대체로 인조흑연이 천연흑연에 비해 값이 비싸며, 용량도 낮은 편입니다. 하지만 용량 유지율 면에서는 인조흑연이 천연흑연에 비해 우수한 편이고 빠르게 충전할 수 있다는 특징이 있습니다. 인조흑연은 2,500 ℃ 이상의 고열을 가해서 흑연의 결정 구조를 만들기 때문에 천연흑연보다 안정적인 결정구조를 가집니다. 그래서 리튬 이온의 반복적인 충방전에도 결정구조의 변화가 작아서 상대적으로 수명이 깁니다. 일반적으로 인조흑연계 음극활물질은 천연흑연보다 2~3배 정도 수명이 길기 때문에 오랜 수명을 필요로 하는 배터리에 사용될 수 있습니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 이준엽 과학전문가입니다.
흑연은 배터리 제조 과정에서 중요한 원료로 사용되는데, 인조흑연과 천연흑연은 그 특성과 제조 방법에 차이가 있습니다.
천연흑연: 천연흑연은 지하에서 형성되는 광물로서, 주로 광물인 그래핀을 형성하는 탄소로 구성됩니다. 천연흑연은 산업적으로 채굴되며, 수천 년 동안 지열과 압력에 의해 자연적으로 형성됩니다. 천연흑연은 비교적 높은 전기 전도도와 열 전도도를 가지고 있어 배터리의 전기적 성능을 향상시키는 데 유용하게 사용됩니다.
인조흑연: 인조흑연은 천연흑연과는 달리 인위적으로 제조된 흑연입니다. 일반적으로 석유 코크스나 석탄 등의 탄소 원료를 고온에서 처리하여 제조됩니다. 인조흑연은 고순도로 제조될 수 있고, 필요한 특성을 조절할 수 있어 다양한 산업 분야에 사용됩니다. 배터리 제조에서는 인조흑연이 주로 사용되는데, 전기 전도성과 열 전도성이 높아 배터리의 성능을 향상시키는 역할을 합니다.
시장에서는 흑연은 전기차 배터리 및 에너지 저장 장치 등과 같은 성장 산업에서 큰 관심을 받고 있습니다. 전기차의 급증으로 인해 이차전지의 수요가 증가하면서 흑연의 가치도 상승하고 있습니다. 특히 천연흑연은 고가로 거래되고 있으며, 인조흑연의 개발과 생산 기술도 계속 발전하고 있습니다. 이는 흑연에 대한 수요와 가치를 높여주고 있습니다.
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