"곧 공급 부족"…배터리 필수 '탄소나노튜브' 잇단 증설

[이데일리 경계영 기자] 배터리(이차전지)에서 전자가 빠르게 이동할 수 있도록 하는 도전재로 쓰이는 탄소나노튜브(CNT)의 증설이 잇따른다. 양극(+)뿐 아니라 차세대 음극(-) 소재로 주목 받는 실리콘 음극재까지 CNT 도전재 쓰임새가 확대되면서 수요 증가가 더욱 가팔라질 전망이다.

9일 업계에 따르면 LG화학(051910)은 내년 1월 여수에 탄소나노튜브 제3 공장을 착공할 예정이다. 제2 공장과 같은 1200t 규모로 650억원이 투자될 예정이다.

3공장 건설까지 마치면 LG화학의 탄소나노튜브 생산능력은 연간 2900t으로 늘어난다. LG화학은 2025년까지 현재 대비 3배 수준으로 추가 증설할 예정이다.

LG화학 탄소나노튜브 공장 전경. (사진=LG화학)

금호석유화학(011780)도 고객사 확대를 진행하고 있으며 이에 맞춰 증설을 검토할 계획이다. 최근 SK(034730)㈜에 흡수 합병된 SK㈜ 머티리얼즈도 탄소나노튜브 시장에 진출하고자 2023년 가동을 목표로 일본 업체와 합작 공장 설립을 협의하고 있다.

이들 기업이 탄소나노튜브 증설 혹은 진출을 검토하는 배경에는 빠르게 성장하는 전기차 시장이 있다. 전기차 시장과 함께 배터리 내부에 도전재로서의 탄소나노튜브 수요도 늘어날 수밖에 없어서다.

SNE리서치는 2025년부터 다중벽(Multi-wall) 탄소나노튜브 공급 부족 현상이 나타날 수 있다고 전망했다. 탄소나노튜브 수요처에서 배터리의 비중도 지난해 42%에서 2024년 58%까지 늘 것이라고 덧붙였다.

탄소나노튜브는 배터리 양·음극 전극에 전자 이동 통로를 형성해 전기전도도를 부여한다. 현재 도전재로 쓰이는 카본블랙에 비해 전기전도도와 기계·열적 물성이 탁월해 제한된 공간에서 도전재 첨가량을 줄이는 대신 양·음극 활물질(배터리 내 전기를 일으키는 반응을 담당하는 물질) 양을 늘려 에너지효율을 극대화할 수 있다.

현재 탄소나노튜브 주류는 다중벽 탄소나노튜브가 차지하고 있다. 단일벽(Single-wall) 탄소나노튜브에 비해 전기·열 전도도가 떨어지지만, 가격이 상대적으로 저렴하고 기계적 특성이 우수해서다. 야노경제연구소에 따르면 지난해 세계 탄소나노튜브 시장은 출하량 기준 3265t이었고, 이 가운데 99.5%인 3250t이 다중벽 탄소나노튜브였다. LG화학과 금호석유화학 등도 다중벽 탄소나노튜브를 생산한다.

탄소나노튜브(CNT) 형태. 다중벽 탄소나노튜브(왼쪽)와 이중벽 탄소나노튜브(가운데), 단일벽 탄소나노튜브. (사진=LG화학)

탄소나노튜브 수요처는 양극에서 음극으로 확대될 전망이다. 배터리 충전 속도 단축 등을 위해 음극 활물질에 실리콘을 첨가하는 비중이 높아지는데, 실리콘 음극 활물질의 최대 단점인 실리콘 입자의 부피 팽창을 탄소나노튜브가 잡아주기 때문이다. 음극 도전재론 전기·열 전도성이 가장 높은 단일벽 탄소나노튜브가 더 적합해 현재 LG화학 등이 이를 연구개발하고 있다.

야노경제연구소 측은 “배터리에서 도전재로서 다중벽 탄소나노튜브 역할이 중요한 만큼 배터리 수요가 지속적으로 확대되고, 이외에도 수지·고무 복합재료 용도로도 신규 채택이 이뤄질 것”이라며 “탄소나노튜브 시장 규모가 2025년 1만 1209t 규모로 지난해 대비 4배 가까이 성장할 것”이라고 봤다.