이번에는 배터리 원가의 약 50%이상을 차지할 만큼 가장 핵심소재인 양극재에 관해 알아보자
2차전지는 충전시 양극에서 음극으로 전자가 이동하며 반대로 음극에서 양극으로 갈때 방전된다
이때 양극재는 전자의 이동에 관여하는 물질로 리튬의 방출과 전자의 움직임을 결정한다
양극재의 구성
양극재 = 양극활물질 + 도전재 + 바인더 + 알루미늄박
또는 전구체+리튬으로 표현되고 전구체는 니켈, 코발트, 망간로 구성된 금속된 양극재의 원료가 되는 물질을 말한다
전구체는 대립경과 소립경으로 나뉘는데 소립경이 더 많은 에너지를 저장할수있고, 출력을 향상시켜 각광받고있다.
또한 전구체는 양극재 원가의 약 70%를 차지한다.
양극활물질은 배터리의 용량과 전압을 결정하므로써, 주행거리와 성능에 큰 영향을 미친다
양극재의 종류
기본적으로 리튬, 전이금속, 산소가 3개의 큰축을이루고 있다
양극재를 구성하는 주요 메탈은 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn)가 있다.
니켈 - 용량 ↑ / 안정성 ↓
코발트 - 안정성, 비용 ↑
망간 - 안정성 ↑ / 비용,용량 ↓
현재 2차전지에 사용하는 양극재의 종류는 양극활물질에 따라서 크게 6가지로 나뉜다.
1) LCO
활물질 LiCoO2 (리튬,코발트,산소)
높은 안정성, 긴 수명, 쉬운제조가 장점
리튬의 50%만 생존하여 배터리 용량이 점차 감소하고 비싼코발트의존도가 높은게 단점
사용처 : IT기기(스마트폰)
제조사 : 대부분의 양극재회사
2) NCM
활물질 Li(NiCoMn)O2
다소 높은 안정성과 에너지 밀도가 높다
코발트비중을 낮춤으로써 원가절감이 가능하나 제조의 다소 어려움이 있다
사용처 : 소형,중대형(전기차,ESS)
제조사 : 한국(포스코케미칼,에코프로비엠, 엘앤에프,LG화학,코스모신소재)
벨기에(유미코어), 일본(니치아)
3) NCA
활물질 Li(NiCoAl)O2
긴수명, 고출력의 장점
제조가 어렵고, 망간이 없기때문에 안정성이 낮은게 단점
사용처 : 소형,중대형(전동공구,전기차)
제조사 : 한국(에코프로비엠, 포스코케미칼)
4) LMO
활물질 LiMn2O4
높은 출력과 높은 안정성의 장점
수명이 짧고 제조난이도가 어려운게 단점
사용처 : 중대형
제조사 : 한국(포스코케미칼), 중국(BYD)
5) LFP
활물질 LiFePO4 (리튬,인산,철)
크리스탈구조로 안정성이 매우높고, 긴 수명, 인산과 철 등 흔한 소재를 사용해 저렴하다
에너지밀도가 낮아 단거리 주행에적합하다
사용처 : 중대형(전기차,ESS)
제조사 : 중국(BYD)
사용처 : 전기차(테슬라)
6) NCMA
활물질 Li(NiCoMnAl)O2
기본적으로 삼원계열에서 알루미늄을 첨가하고 하이니켈(니켈비중90%이상)으로
에너지밀도 높아 주행거리를 대폭 증가하고 배터리 성능이 안정적
제조사 한국(엘앤에프,포스코케미칼,에코프로비엠)
NCM622->NCM811(니켈:코발트:망간비율)로 하이니켈로 변화
니켈함량을 증가시켜 비용은 절감시키고 용량은 증가시킴
그러나 코발트와 망간의 비중이 줄어들어 안정성이 떨어진다
이를 해결하기위해서 도핑, 코팅, 단결정제조 등 다양한 방법이 연구되고 있다
테슬라는 LFP 배터리가 시장점유율 60%이상
국내 양극재 대표기업 케파 및 점유율 정리
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