테슬라, 인조흑연만 음극재로 고집하는 이유는?

고비용 불구, 충방전 수명 연장 포석


미국 전기차업체 테슬라가 배터리 음극재로 상대적으로 비싼 인조흑연만을 100% 사용해 눈길을 끈다. 경쟁사들이 인조흑연 대비 저렴한 천연흑연에 인조흑연을 섞어 사용하는 것과 비교하면 고비용 구조이기 때문이다. 업계서는 테슬라의 인조흑연에 대한 고집을 충방전 수명 연장을 위한 포석으로 풀이한다.


28일 업계에 따르면 테슬라는 사업 초기부터 현재까지 인조흑연만을 음극활물질로 사용 중이다. 야노경제연구소 통계자료에 따르면 2017년 상반기 인조흑연 가격은 천연흑연보다 2배 가까이 비싼 것으로 집계됐다. 국내 이차전지용 인조흑연 가격은 소형전지용 기준 1kg당 9~13달러, 천연흑연은 6~8달러 수준이다. 중대형전지 기준으로는 각각 8~10달러?5~6달러다.

비싼 가격에도 불구하고 테슬라가 인조흑연만을 사용하는 이유는 인조흑연의 내부 소재 균일성이 높아 충방전 수명을 연장할 수 있기 때문이다. 인조흑연은 코크스를 결합제와 혼합해 소성(燒成) 및 가열해 제조한다. 제조 과정에서 의도적으로 결정성을 높여 내부 구조가 일정하고 안정적이다. 천연흑연과 비교하면 리튬이온이 많이 들어가지는 못하지만 충방전 수명은 상대적으로 긴 편이다.


이와 달리 천연흑연은 자연 광산에서 채취한 흑연을 가공해 제조한다. 내부 결정 구조가 불규칙한 탓에 조직이 불안정하다. 대신 그만큼 리튬이온이 들어갈 공간이 크고, 상대적으로 에너지밀도가 높다. 천연흑연?인조흑연 부피당 에너지밀도는 각각 1cc당 2.02Wh?1.99Wh 수준이다.


테슬라를 제외한 배터리 업체들은 일반적으로 2차전지 음극활물질에 천연흑연과 인조흑연을 혼합(블랜딩)해 사용한다. 천연흑연 가격이 저렴한데다 코팅?열처리?건조 등 표면처리 과정이 추가되며 충전효율도 과거 대비 높아졌기 때문이다.


업계 관계자는 “원통형 배터리는 구조상 높은 에너지밀도를 가지고 있다”며 “테슬라는 원통형배터리에 인조흑연 100%를 적용하며 에너지밀도만큼 충분한 충방전 수명을 확보하려는 것으로 보인다”고 말했다.

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