경질탄소란 무엇인가?
경질 탄소는 2500°C 이상에서 흑연화되기 어려운 탄소 재료를 말합니다. 높은 기계적 경도에서 유래된 이름입니다. 경질 탄소는 일반적으로 500~1200°C에서 열처리하여 제조됩니다. 수지 탄소(페놀, 에폭시, 폴리푸르푸릴 알코올), 열분해 탄소(PVA, PVC, PVDF, PAN), 카본 블랙, 바이오매스 탄소 등이 원료로 사용됩니다.
바이오매스 탄소의 예로는 포도당과 셀룰로스 등이 있습니다. 경질 탄소는 무질서한 구조와 0.37~0.40nm의 넓은 면간 간격을 가지고 있습니다. 이 간격은 Li⁺의 삽입 및 탈리를 원활하게 하여 높은 비용량(최대 350~400mAh/g)을 제공합니다. 또한 PC 기반 전해질과의 호환성이 우수합니다.
그러나 초기 비가역 용량이 높고, 전압 히스테리시스와 같은 문제도 발생합니다. 현재 하드 카본은 음극재로 직접 사용되고 있으며, 흑연과 혼합하여 고속 충전 성능을 향상시킬 수도 있습니다.
소프트 카본이란?
연성탄소는 2500°C 이상에서 흑연화되기 쉬운 탄소 소재를 말합니다.
예로는 침상 코크스, 석유 코크스, 탄소 섬유, 탄소 미세구형체 등이 있습니다.
흑연화도는 낮지만 층 정렬성은 경질탄소보다 우수합니다.
면간 간격은 약 0.34~0.35nm이다.
이는 이상적인 흑연보다 큽니다. 연질 탄소는 우수한 속도 성능을 제공합니다.
그러나 비용량이 낮고(250~300mAh/g) 출력 전압도 낮습니다.
명확한 충전-방전 평탄면이 부족합니다. 연질 탄소는 음극재로 직접 사용되는 경우는 거의 없습니다. 대신 인조 흑연의 원료로 사용됩니다. 또한 전도성과 반응 속도를 향상시키는 코팅으로도 사용됩니다.
경질 탄소 및 연질 탄소 미세 구조의 개략도
권위 있는 데이터에 따르면, 2023년 전 세계 양극재 출하량은 178만 9천 톤에 달했습니다. 중국은 166만 7천 톤을 공급하여 전 세계 총 출하량의 93.2%를 차지했습니다.
중국에서는 90% 이상의 음극재가 생산됩니다. 제품 구조별로는 인조흑연이 거의 80%를 차지하며, 천연흑연이 약 20%를 차지합니다. 기타 음극재는 미미한 비중을 차지합니다.
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