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LIB 응용분야의 확대와 더불어 주목이 집중되는 물질, 음극재
LIB용 음극재로는 2011년 기준 97% 이상이 흑연(Graphite)을 사용하고 있다. 1991년 Sony가 최초로 LIB를 상용화하였을 때부터 지금까지 흑연은 굳건하게 음극재의 왕좌자리를 지켜오고 있는 것이다. 이는 양극재, 분리막 등 다른 재료들이 변해온 것에 비하면 지난 20년간 거의 요지부동의 모습을 보이고 있는 것이다.
흑연은 크게 천연흑연과 인조흑연으로 구분된다. 천연흑연은 흑연광산에서 흑연이 5~15% 정도로 함유된 채로 산출된다. 그런데 LIB용 음극재로 흑연을 사용하려면 순도가 전지 그레이드는 되어야 하는데 최소한 99.5% 이상은 되어야 한다. 이렇게 순도를 높이려면 캐낸 천연흑연광을 선광, 화학처리 등을 거쳐 불순물을 제거하는 공정을 거치게 된다. 이것을 구상화로 가공하고, 피치코팅을 하기도 한다.
반면에 인조흑연은 출발물질이 천연광물이 아닌 석유나 콜타르 코크스 같은 탄소 전구체를 이용하여 2800℃ 이상의 고온으로 가열하여 생성된 흑연이다.
흑연이외의 음극재로는 소프트 카본과 하드카본이 있는데 탄소로 구성된 코크스를 비교적 저온인 1000~1200℃로 열처리하여 제조한다. 이 중에서 하드카본은 전기자동차용 음극재로의 중요성이 커지고 있는 중에 있다.
복합계로는 산화물복합계인 LTO가 Toshiba에 의해서 채용되기 시작하였고, 금속 복합계는 Sony 등에서 Sn-Co-C 성분의 음극재를 일부 채용하고 있다.
어떤 재료가 LIB용 음극재로 적합할지에 관해서는 다음의 조건들을 우선적으로 만족시켜야 할 것이다.
o 높은 충방전용량 (단위무게당 혹은 단위체적당)
o 초기 비가역 용량 손실이 작을 것
o 충방전 싸이클 특성이 우수할 것
o 활물질 내에서 전기전도성 및 이온 확산속도가 높을 것
o 리튬의 삽입/탈리에 따른 체적 변화가 작을 것
o 환경친화적 소재일 것
o 제조가 용이하고, 가격이 저렴할 것
이들 조건을 가장 잘 만족시킨 물질이 바로 흑연이라고 보면 되겠다. 그러나, 계속되는 음극재를 향한 요구사항은 LIB의 고용량화 및 고출력화에 따른 걸맞은 특성인 것이다.
본 보고서에서는 이러한 여러 가지 타입별들의 음극재에 관한 기술동향을 기술하였는데, 특히 합금계 와 화합물계를 중심으로 한 최신 기술동향을 논하였다.
또 일본, 중국, 한국 및 기타 국가들의 음극재 업체별 음극재 생산 현황에 대하여 살펴보았다. 일본이 약 13개 업체, 중국이 5개 업체, 한국 4개 업체 등이다.
마지막으로 시장 부분은 2009~2011년까지의 수요자 측면에서의 동행과 공급자 측면에서의 동향을 국가별, 기업별, 음극재 타입별로 업계 Pipeline을 분석하였다. 또한 IT 및 EV 시장을 배경으로 2015년까지의 음극재 시장 수요를 전망하였다.
본 보고서의 Strong Point
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세계 최초의 리튬이온 이차전지용 음극재 전문 보고서
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흑연계뿐만아니라 합금계, 화합물 등 음극재의 최신 기술 동향 수록
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전세계 20개 이상의 음극재 기업별 동향 분석
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2009~2011년 3개년 상세한 시장 분석
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2012~2015년까지의 음극재 시장 전망
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