SUMMARY 이차전지 음극재용 탄소나노소재 기술동향 및 전망 ｌ저자ｌ최영철 탄소·나노PD / KEIT 정희진 책임 / 한국전기연구원 정승열 책임 / 한국전기연구원 이건웅 본부장 / 한국전기연구원 이차전지 음극재용 탄소나노소재 기술동향 및 전망 ★ 세계 이차전지 음극재 시장은 2019년 19만 톤에서 연평균 39% 성장하여 2025년 136만 톤 규모에 달할 것으로 예측되며, 이 중 실리콘 음극재는 2019년 약 3%에서 연평균 70% 이상 증가하여 2025년에 11%를 차지할 것으로 전망됨 ★ 탄소나노소재는 기존 실리콘 음극재의 안정성 문제를 해결할 수 있는 소재로서 실리콘 함량을 증가시키고 전극과의 계면저항을 감소할 수 있어 스마트 에너지 소재로서 각광받고 있으며 향후 급속도로 성장할 리튬 배터리용 첨가제 시장의 주요 소재로 작용할 것으로 예측됨 ★ 이차전지용 탄소나노소재의 전체시장 규모는 그래핀의 경우 2024년 168M$에서 연평균 23.9%의 성장률로 2030년 609M$으로, 탄소나노튜브의 경우 2020년 21M$에서 연평균 59%로 성장하여 2030년 2,099M$에 달할 것으로 전망됨 시사점 및 정책제안 ★ 국내 이차전지 산업 규모는 세계시장을 주도할 정도로 성장하였으나, 이차전지 핵심 핵심소재는 대부분 수입에 의존하고 있어 차별화된 소재의 원천기술 보유를 통한 국산화가 필수적임 ★ 프리미엄급 탄소나노소재 기술은 고용량/장수명 이차전지의 핵심기술로 기존의 탄소계 핵심기술 품목의 수입 비의존적 자립형 모델 창출의 기회이므로 국내 탄소산업 생태계 강화 및 신시장 선점을 위해 전략적인 기술 개발이 필요함 ★ 전 세계적으로 비교적 초기 단계인 고용량/장수명 이차전지 음극재용 탄소나노소재 제조기술 확보를 위해 국내 소재기업과 수요기업 간 긴밀한 협업체제 구축 및 중앙 정부차원의 체계적 기술개발 지원이 필요함 ISSUE4 이차전지 음극재용 탄소나노소재 기술동향 및 전망 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology | 79 1. 이차전지 음극재용 탄소나노소재 개요 배경 및 기술 개요 ★ 2020 한국형 그린 뉴딜정책 시행 및 2050 탄소 중립 추진전략의 수립과 함께 화석연료의 사용을 최소화하는 친환경 수송체 시스템의 주행거리의 증가를 위해 배터리의 효율증가 및 포스트 코로나19 시대 세계 경제의 미래 에너지 패러다임 전환 대비 이슈가 점차 극대화되고 있음 ★ 친환경 수송체 시스템용 중대형 배터리 시장에서도 고용량 음극 소재를 필요로 하면서 기존에 쓰이던 탄소계, 흑연계 음극재에서 최근에는 금속복합계인 실리콘(Si) 음극재가 주목받고 있으나 이를 단독으로 사용할 경우 부피팽창에 의한 파쇄 및 탈착, 두꺼운 SEI 층 형성으로 인해 수명이 감소하는 문제가 존재함 | 그림 1. 실리콘 음극 활물질의 문제점 [1] | ★ 현재 세계적으로 탄소나노소재(Graphene, CNT) 기반의 첨단 신산업(배터리, 슈퍼커패시터, 연료전지, 디스플레이, 전자파차폐, 센서, 항공기, 자동차용 복합체 등)의 급속한 팽창이 예견되며, 이에 따라 탄소나노소재 원소재 및 응용 분야 공정에 직접 사용될 수 있는 전도성 및 기능성 잉크/페이스트와 같은 중간재에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있음 ★ 첨단 신산업인 에너지 저장소자 분야로서 이차전지의 소재부품은 탄소나노소재의 접목을 통한 응용 시 다양한 특성 향상 및 상용화 접목이 가능한 영역으로 대두되고 있음