미래 산업의 핵심 배터리, 배터리 소재인 양극재에 대해 알아보자. (feat. 에코프로, 포스코케미칼)

1인 1스마트폰이 기본일 정도로 스마트폰이 일상화 되고, 가까운 미래에는 기존의 화석연료 자동차 대신 전기차가 도로를 활주할 것이다. 그리고 이런 미래에 반드시 필요한 부품 중 하나가 배터리다.

배터리는 전기를 저장해두는 부품을 일컫는 용어로, 양극과 음극 물질 간 전자 이동을 이용해 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치다. 배터리는 리튬이 필수로 들어가기 때문에 산업계에서는 리튬이온배터리라고도 부른다. 

최근 경제에서는, 특히 2차전지 사업에서 이 배터리와 관련해 치열하게 경쟁을 벌이고, 리튬, 코발트 등의 원자재를 확보하는데 열을 올리고 있다. 그런데, 리튬 코발트가 뭐길래 배터리에서 이 리튬이 중요하다고 하는걸까? 배터리는 무엇으로 이루어져 있는거고, 어떤 원리로 작동하는걸까? 마침 한경신문에서 이에 대해 정리해준 내용이 있어 포스팅에 참고했다.

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배터리 원리, 구성, 종류

 

이미지 출처 : 한국경제신문

 

배터리는 양극재, 음극재, 전해액, 분리막 네 가지 요소로 구성된다. 이 네가지 소재의 구성에 따라 배터리의 성능과 특성이 구별된다. 양극의 리튬 이온이 음극으로 이동하면서 충전되고, 음극의 리튬 이온이 양극으로 돌아가면서 방전되는 것이 배터리의 기본 작동 원리다.

 

이미지출처 : 포스코 뉴스룸

 

그 중 양극재는 배터리 원가의 40%를 차지하는 핵심 소재로, 전기차의 주행거리와 출력 등을 결정하는 핵심 소재다. 이 양극재 역시 구성하는 원료에 따라 성능과 특성이 달라지는데, 주 원료는 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 등이다. 이 원료들을 어떤 비율로 조합하느냐에 따라 성능과 특성이 달라진다. 이처럼 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄, 그리고 리튬으로 생산한 양극재를 삼원계 양극재라고도 하는데, 처음 그림에서 나열한 NCM, NCMA, NCA 등은 배터리 소재의 원료들의 앞글자를 따서 조합한 이름이다.

한국경제신문에서 정리해준 원료 별 특징이다.
니켈 : 배터리의 에너지밀도를 결정
코발트, 망간 : 배터리 안정성
알루미늄 : 배터리의 출력특성 향상

 

국내 배터리소재 기업, 에코프로나 포스코 케미칼 같은 기업들은 삼원계 양극재를 주로 생산하는데, 배터리의 품질이 좋고 용량 및 에너지밀도가 높은 것이 특징이라고 한다. 반면, 중국의 배터리소재 기업들은 리튬인산철(LFP) 양극재를 생산하는데, 이 LFP 양극재는, 리튬과 인산철(FePO4)이 핵심 원료로 사용된다. 니켈,코발트는 품질과 성능이 좋은 대신, 가격이 너무 비싸기 때문인데, LFP 양극재는 이 두 원료가 함유되지 않아 가격경쟁력 부분에서 우수하다고 한다.

특히 코발트는 채굴 과정에서 환경 오염, 인권 침해 등의 우려가 있어서 코발트 함량을 줄이고, 망간 비율을 늘리는 등 차세대 양극재 개발도 활발히 진행되고 있다고 한다. 국내 기업들의 활발한 연구개발로 다양한 라인업의 양극재가 개발되어 세계 양극재 시장을 선도했으면 한다.