CNT 심화 가이드｜SWCNT·MWCNT 구조 차이, 배터리 도전재·전도성 플라스틱, 분산·소재 선정 기준

CNT는 적은 첨가량으로 전기전도성 네트워크를 형성해 배터리와 플라스틱의 성능을 높이는 대표적인 탄소계 나노소재입니다. 다만 CNT라는 명칭만으로 제품 성능을 판단하기는 어렵습니다. 벽의 수, 길이와 직경, 순도, 응집상태 및 분산공정에 따라 전도성과 가공성이 크게 달라지기 때문입니다. 이번 글에서는 SWCNT·MWCNT의 구조 차이, 배터리 도전재와 전도성 플라스틱의 적용 원리, CNT 분산·안전·소재 선정 기준을 살펴보겠습니다.

 

SWCNT·MWCNT 구조 차이｜탄소나노튜브는 왜 전도성이 높을까?

CNT는 육각형 탄소 구조가 나노미터 크기의 원통 형태로 이어진 탄소 동소체입니다. 한 겹의 원통형 벽으로 구성된 소재를 SWCNT, 여러 겹이 동심원처럼 중첩된 소재를 MWCNT라고 합니다. LG화학은 CNT를 우수한 전기적·열적·기계적 특성을 가진 관형 탄소소재로 설명하며, 현재 MWCNT 제품을 배터리·전도성 플라스틱·고무와 코팅 분야에 공급하고 있습니다.

SWCNT는 직경이 작고 종횡비가 매우 커 낮은 함량에서도 긴 전도경로를 형성하기 쉽습니다. 반면 MWCNT는 여러 겹의 탄소벽을 가지므로 산업적 취급성과 생산성, 가격 경쟁력 및 다양한 수지와의 적용성이 상대적으로 우수합니다. SWCNT가 항상 MWCNT보다 좋은 것은 아니며, 목표 저항값과 분산공정, 원가 및 최종제품의 기계적 특성에 따라 선택이 달라집니다.

CNT가 절연성 수지에 첨가되면 각각의 나노튜브가 접촉하거나 가까워지면서 전자가 이동할 수 있는 연속적인 네트워크를 형성합니다. 이를 퍼콜레이션 네트워크라고 합니다. 일정 첨가량 이하에서는 전도경로가 끊겨 있지만 임계농도를 넘으면 체적저항이 급격히 낮아집니다. 이 때문에 카본블랙보다 적은 양으로 정전기 방지나 전도성을 구현할 가능성이 있지만, 분산이 불충분하면 CNT가 덩어리로 남아 전도효율과 외관이 동시에 나빠질 수 있습니다.

LG화학은 고전도형과 고분산형 CNT를 배터리용 BT 계열과 플라스틱·고무용 GP 계열로 구분합니다. 이는 CNT의 성능이 단순한 순도보다 전도성·분산성·잔존 길이와 공급형태의 조합에 의해 결정된다는 점을 보여줍니다.

 

배터리 CNT 도전재·전도성 플라스틱｜어떤 원리로 성능을 높일까?

리튬이온배터리 전극은 활물질만으로 충분한 전자 이동경로를 만들기 어렵기 때문에 카본블랙·CNT 등의 도전재를 사용합니다. CNT는 길고 가는 구조를 이용해 활물질 입자 사이를 연결하므로 적은 첨가량으로 전도 네트워크를 형성할 수 있습니다. LG화학은 CNT가 기존 카본블랙 대비 낮은 사용량에서도 전도성을 유지해 도전재 비중을 줄이고, 그 공간에 활물질을 더 배치함으로써 배터리 용량과 수명 향상에 기여할 수 있다고 설명합니다.

배터리용 CNT는 양극뿐 아니라 실리콘계 음극과 차세대 전지에서도 검토됩니다. 실리콘 음극은 충·방전 과정에서 부피변화가 크기 때문에 전극이 팽창·수축해도 전도경로를 유지하는 것이 중요합니다. 길이가 긴 CNT가 입자와 입자 사이를 연결하면 전극 구조 변화에 대한 전도 네트워크의 안정성을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다. 다만 실제 효과는 CNT 종류뿐 아니라 바인더, 분산제, 고형분, 혼합순서와 슬러리 점도에 따라 달라집니다.

Cabot은 CNT와 카본블랙, 탄소나노구조체 및 사전 분산액을 포함한 배터리용 도전재 포트폴리오를 제공하며, 전극 성능은 단일 소재보다 도전재 조합과 분산 시스템으로 최적화해야 한다고 설명합니다. Arkema 역시 Graphistrength MWCNT와 용매별 분산액을 배터리 전극에 적용해 전도성과 공정성을 조정하고 있습니다.

전도성 플라스틱에서는 CNT가 정전기 방지, ESD, 전기전도와 EMI 차폐 기능을 부여합니다. LG화학은 CNT를 플라스틱과 엘라스토머에 첨가해 절연성 소재를 전도성 소재로 전환하고, 자동차 외장부품의 정전도장과 전자부품에 적용할 수 있다고 소개합니다. Nanocyl은 전도성 플라스틱, EMI 차폐, 연료계 부품, 센서와 발열소자 등을 주요 CNT 적용 분야로 제시합니다.

Arkema는 PA·폴리에스터·PC 등의 열가소성 수지에 CNT를 미리 분산한 마스터배치를 공급하며, 일반 가공설비에서 희석해 사용할 수 있도록 설계합니다. 이러한 마스터배치 방식은 CNT 분말의 비산을 줄이고 정량투입과 분산 안정성을 높이는 데 유리합니다.

 

CNT 분산·가공·스펙인 기준｜전도성만 확인하면 안 되는 이유

CNT 스펙인의 가장 큰 난점은 전도성이 높은 CNT와 실제 Compound에서 전도성이 잘 구현되는 CNT가 반드시 같지는 않다는 점입니다. CNT는 표면적이 크고 서로 얽혀 강하게 응집하므로 충분히 풀리지 않으면 일부 영역에 뭉쳐 있는 반면 다른 영역에서는 전도경로가 끊어질 수 있습니다. 지나치게 강한 혼련은 응집을 해소할 수 있지만 CNT 길이를 줄여 종횡비와 전도효율을 떨어뜨릴 수 있습니다.

열가소성 수지는 CNT 분말 직접투입보다 마스터배치를 적용하는 경우가 많습니다. 이때 Carrier Resin과 최종 수지의 상용성, CNT 함량, 희석비, 압출기 L/D, Screw Configuration과 Specific Energy를 함께 검토해야 합니다. Arkema의 Graphistrength 열가소성 마스터배치는 PA·폴리에스터·PC 등에 MWCNT를 사전 분산해 표준 설비에서 희석가공할 수 있도록 제공됩니다. 고무용 제품도 NBR·EPDM·불소고무 매트릭스로 구분돼 있어 최종 고분자와 Carrier의 적합성이 중요합니다.

배터리 슬러리는 CNT의 습윤과 분산뿐 아니라 시간에 따른 점도 안정성이 중요합니다. 분산이 부족하면 입자응집과 코팅결함이 생기고, 과도한 분산제는 전기화학 성능이나 바인더 접착에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 분산액의 CNT 농도만 비교하지 말고 고형분, 용매, 분산제, 점도, 입도, 저장안정성과 금속 불순물을 함께 확인해야 합니다. LG화학은 고전도형과 고분산형 Grade를 구분하고 압축 공급형태를 적용해 저장과 작업장 관리를 용이하게 한다고 설명합니다.

전도성 플라스틱의 스펙인은 동일 첨가량 비교와 동일 저항값 비교를 병행해야 합니다. 동일 함량에서 저항이 낮더라도 충격강도, 신율, 표면외관과 MFR가 크게 떨어진다면 양산 소재로 적합하지 않을 수 있습니다. 또한 사출품은 흐름방향에 따라 CNT가 배향돼 측정방향별 저항 차이가 발생할 수 있으므로 게이트 위치, 시험편 두께와 측정전극 조건을 통일해야 합니다.

CNT 분말은 미세입자 취급과 분진관리가 필요한 나노소재입니다. 제조사의 SDS와 작업환경 기준에 따라 밀폐이송, 국소배기와 적절한 개인보호구를 적용하고, 분말 대신 압축품·마스터배치·분산액을 검토하는 것이 현실적인 대안입니다. LG화학과 Arkema가 압축 공급형태와 마스터배치를 강조하는 이유도 전도성뿐 아니라 고객 공정에서의 취급성과 재현성을 높이기 위해서입니다.

 

실무 지식

실무자의 인사이트: “CNT 스펙인은 최고 전도성 제품을 찾는 일이 아니라 목표 저항을 가장 낮은 총원가와 안정적인 분산공정으로 구현하는 과정입니다.”

석유화학 분야에서 시장개발, 고객 기술지원과 스펙인 업무를 수행하며 확인한 핵심은 CNT의 카탈로그 수치보다 고객의 실제 혼련·슬러리 공정에서 전도 네트워크가 재현되는지가 더 중요하다는 점입니다. 동일한 CNT도 수지 점도, 충전재, 압출조건과 시편 두께가 달라지면 퍼콜레이션 임계점과 최종 저항이 달라집니다.

저는 목표 표면·체적저항 → 적용 수지·전극계 → CNT 종류와 공급형태 → 분산공정 → 첨가량별 저항곡선 → 점도·MFR → 기계적 물성 → 외관·배향 → 금속 불순물과 안전자료 → 양산 편차·원가와 공급 안정성 순서로 평가할 것을 권합니다. 특히 CNT 단가가 높더라도 사용량, Cycle Time과 불량률이 줄어든다면 Compound 기준 총원가는 오히려 낮아질 수 있습니다.

 

자주 묻는 질문 (FAQ)

CNT와 카본블랙의 차이는 무엇인가요?

카본블랙은 입자 형태이고 CNT는 길고 가는 관형 구조입니다. CNT는 높은 종횡비로 적은 함량에서도 전도경로를 만들 수 있지만 분산과 가격 측면에서는 별도 검토가 필요합니다.

SWCNT가 MWCNT보다 항상 전도성이 좋은가요?

본질적 전도성과 낮은 첨가량 측면에서 유리할 수 있지만, 실제 Compound에서는 분산성·가공성·원가와 목표물성에 따라 MWCNT가 더 적합할 수 있습니다.

CNT를 많이 넣으면 저항이 계속 낮아지나요?

퍼콜레이션 임계점 부근에서는 저항이 급격히 낮아지지만 이후에는 개선폭이 줄어듭니다. 과다 첨가는 점도 상승, 충격·신율 저하와 표면불량을 유발할 수 있습니다.

CNT 마스터배치가 분말보다 좋은가요?

정량투입, 분진관리와 분산 재현성에는 유리합니다. 다만 Carrier Resin이 최종 수지와 호환되는지, 희석 후 목표 저항을 구현하는지 확인해야 합니다.

배터리용 CNT와 플라스틱용 CNT를 혼용할 수 있나요?

권장되지 않습니다. 배터리용은 금속 불순물, 분산매와 전기화학적 안정성이 중요하고 플라스틱용은 수지 분산, 가공성·기계물성에 최적화돼 Grade 요구사항이 다릅니다.

 

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참고문헌

1. CNT 구조·제품군과 주요 적용 분야
   LG화학, CNT—Carbon Nanotube. CNT의 구조, 전기전도성과 분산성, 배터리·전도성 플라스틱·고무·코팅 적용 및 MWCNT Grade 정보를 제공합니다.
2. CNT 배터리 도전재의 기능
   LG Chem On, CNT Story: What Do Currency Counters and EV Batteries Have in Common?, 2026년 4월 20일. 낮은 첨가량에서의 전도성 유지와 활물질 비율 확대 가능성을 설명합니다.
3. CNT 도전재와 배터리 성능
   LG Chem On, LG Chem Targeting the World’s Top Global Battery Materials Company, 2023년 6월 23일. CNT와 카본블랙의 도전재 사용량 및 전도성 차이에 관한 자사 평가를 소개합니다.
4. MWCNT 마스터배치와 복합재 적용
   Arkema, Graphistrength® Multiwall Carbon Nanotubes. 열가소성·엘라스토머·액상수지용 CNT Concentrate와 ESD·기계적 보강·코팅 적용정보를 제공합니다.
5. 배터리용 CNT 및 분산 솔루션
   Arkema, Battery Solutions—Graphistrength® MWCNT. 전극 제조공정과 용매조건에 따른 MWCNT 분산액 및 배터리 적용을 설명합니다.
6. CNT 기반 전도성 복합재 적용
   Nanocyl, Carbon Nanotube Technology and Applications. 전도성 플라스틱, EMI 차폐, 고무, 배터리·센서와 발열소자 적용 분야를 소개합니다.
7. 배터리용 CNT·탄소계 도전재 포트폴리오
   Cabot Corporation, Carbon Nanotubes and Battery Materials. CNT·카본블랙·탄소나노구조체와 전도성 분산액의 배터리 적용 정보를 제공합니다.

 

최초 발행일: 2026년 8월 3일
최종 업데이트: 2026년 8월 3일