KIGAM 한국지질자원연구원

지질자원연, 친환경 고순도 흑연 제조 기술 개발 

 - 유해물질 불산을 사용하지 않는 고순도(99.99% 이상) 흑연 제조 기술 최초 개발 -

□ 리튬 이온 배터리 등 이차전지의 핵심 음극소재로 널리 사용되고 있는 고순도 흑연, 이제 인체와 환경에 유해한 불산을 사용하지 않고 친환경적인 고순도의 흑연을 제조할 수 있는 기술이 개발됐다. 

□ 한국지질자원연구원(원장 김복철, KIGAM) 광물자원연구본부 자원활용연구센터 장희동 박사 연구팀은 고순도 흑연의 정제 과정에서 불산 정제법이 아닌 킬레이트 침출, 저온소다배소 등의 새로운 방법을 적용한 ‘친환경 고순도 흑연(순도 99.99% 이상*) 제조 기술 개발’에 성공했다.

 ○ 연구팀은 새로운 습식 제련법의 적용을 통해 고순도 흑연의 정제 과정에서 투입되는 시약의 양, 반응온도 및 반응시간 등을 최적의 조건으로 유지, 순도 99.99% 이상의 흑연을 제조했다.

 ○ 또한 연구팀은 불산 정제법에 소요되는 시약과 폐불산 처리 비용 등을 시뮬레이션하여 비교한 결과, 이번 기술이 기존 대비 70% 수준의 비용 절감효과를 가져온 것으로 확인했다.

※ 대부분의 리튬 이온 배터리 음극소재용 흑연은 정제 기준 순도 99.9%이면 적합한 것으로 여겨지나, 연구팀이  개발한 기술을 적용한 흑연의 정제 순도는 99.99% 이상(4N) 수준이다. 

□ 이번 기술은 최근 중국을 비롯한 세계 각국에서 환경 오염 문제 등으로 인한 흑연의 불산 정제법에 대한 규제가 강화되고 있는 상황에서 개발되었다는 점에서 기술적 의미가 크다. 

□ 특히 에너지저장장치(ESS) 등에 활용도가 높은 우리나라와 중국 등은 앞으로도 경제성 있는 고순도의 정제된 흑연이 더욱 필요한 상황이라 경제적․기술적 가치*가 크다고 할 수 있다.

※  흑연은 전 세계에 약 7100만 톤이 매장돼 있는데, 이 중 중국 매장량이 5500만 톤으로 약 77%를 차지하고 있다. 리튬이온 2차전지 음극소재 시장에서는 중국이 65% 이상의 시장점유율을 기록하는 가운데, 일본은 30%를 차지하고 있다. 2019년 기준 전체 음극소재 수요량은 약 19만 톤으로 2025년까지 전체 음극활물질 수요량이 약 136만 톤 수준으로 연 평균 39% 성장할 것으로 예상된다(출처: SNE 리서치-2020 리튬이온 이차전지 음극재 기술동향 및 시장현황) 본 기술의 적용을 통해 음극소재 시장에서의 국제적 영향력의 확대 및 경제적 부가가치를 창출할 수 있을 것으로 기대된다. 

□ 연구팀은 이번 기술 개발이 그동안 고순도 흑연 제조 기술의 난제였던 ‘친환경성’과 ‘경제성’이라는 숙원을 해결하는 한편, 중국 등 국내외 관련 기업체로의 기술이전을 통해 높은 산업적 활용도가 기대된다고 예상했다.

□ 기술 개발을 주도한 장희동 박사는 “이번에 개발한 친환경 고순도 흑연 제조 기술은 기존 99.9% 순도보다 더 높은 99.99% 이상의 최고 순도 흑연 정제 기술”이라고 말하며, “친환경성과 경제성의 장점을 바탕으로 중국 등의 기술이전을 통해 기술효용성을 높이겠다”고 밝혔다. 

□ 한국지질자원연구원 김복철 원장은 “KIGAM의 친환경 고순도 흑연 제조 기술의 개발은 4차 산업혁명 시대의 차세대 에너지 원료에 효과적으로 적용할 수 있는 우수한 연구성과이다”고 말하며, “이번 기술이 국내는 물론 국외에서 기술이전 등으로 유용하게 활용될 수 있도록 지원을 아끼지 않겠다”고 밝혔다.  

※ 참고자료

 1. 연구기술 내용 설명

 2. 그림설명