[2차전지] 차세대 양극재 핵심 키워드 BEST 4

 

안녕하세요 쥬토끼에요🐰

 

 

이제부터는 2차 전지 산업전망을 결정하는

차세대 소재와 개발 현황에 대해 알아볼게요

 

 

출처:Pixabay 무료이미지

 

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차세대 양극재

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양극재에 대한 기본 설명은

지난 포스팅에서 소개했으니

궁금하신 분은 아래 포스팅 참고해주세요

 

2020/08/26 - [★ 쥬토끼의 내 꿈 키우기/주린이 성공기] - [2차전지] 그것이 알고 싶다 1편

2020/08/27 - [★ 쥬토끼의 내 꿈 키우기/주린이 성공기] - [2차전지] 그것이 알고 싶다 2편

 

 

 

차세대 양극재는 결국 양극재를 구성하는

각 요소(양극활물질, 도전재, 바인더)를

개선하거나 다른 소재로 대체하는 방식으로

개발되고 있어요

 

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1ST 키워드: 니켈

 

양극활물질은 리튬과 금속(니켈(N), 코발트(C), 망간(M) 등)을 산화시켜 만든 리튬 산화물이에요

 

2차 전지 소재 중 양극재가

배터리의 용량과 출력을 결정한다고 했는데

리튬 산화물에서 발생한 리튬 개수가

바로 용량 결정의 핵심이에요

 

즉 리튬과 어떤 금속 화합물을 사용했는지에 따라

리튬 개수가 달라지고
양극재 별 특징이 생기게 돼요

 

 

이 중 핵심 금속은 니켈이에요

 

 

니켈은 코발트와 망간보다

리튬을 더 많이 가질 수 있고

가격까지 저렴에 원가 우위를 확보할 수 있어요

 

 

기본 2편에서 잠깐 언급했듯

국내 주요 3사는 핵심 금속 니켈의 함량을
최대치로 높이는 하이니켈(High-Nickel) 기술을
채택해 차세대 양극재 개발 및
생산에 주력하고 있어요

 

대표 소재로

NCM712, NCM811, NCMA를 소개했었는데

NCM712는 니켈 70%, 코발트 10%, 망간 20%

NCM811는 니켈 80%, 코발트 10%, 망간 10%

금속 함량에 따라 구별할 수 있어요

 

 

2019년 NCM612를 시작으로

2020년 NCM811, 2021년부터는 니켈 비중이

80%를 초과하는 양극재 사용이 늘어날 전망으로

그 발전 속도가 매우 빠르다고 할 수 있어요

 

 

LG화학은 NCM811 도입 이후
2022년부터 안정성과 밀도를 높인

NCMA(니켈 80~90%, 알루미늄 첨가)를

양산할 계획이고

 

SK이노베이션는 2023년(추정)부터

NCM9(1/2)(1/2) 소재 양산으로

니켈 함량을 극대화할 전망이라고 전했어요

 

 

 

출처: 한국투자증권 리포트

 

 

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2ND 키워드: 하이니켈 불안전성 보완 기술

 

 

니켈 비중이 높은 양극제는

불안정하다는 문제가 있어요

 

니켈은 반응성 높은 금속이라

전해액과 만나면 분해 반응을 유도해
용량 손실이 나타나거나

양극 표면에 불순물이 만들어 양극활물질

구조 변형을 가져올 수 있어요

 

그 결과로 발생하는 배터리 수명 감소와

폭발 등 안정성 문제를 보완하기 위해

다양한 기술이 개발되고 있어요

 

 

LG화학이 선택한 기술은

기존 NCM/NCA 양극재를 보완하는 형태로

소량의 알루미늄을 첨가해
니켈 과잉에 따른 균열을 막고

배터리의 안정성을 높이는 NCMA 양극재에요

관련 소재 업체는
포스코 케미칼, 앨엔에프가 등이 있어요

 

 

SK이노베이션은 입자 표면 안정성을 높이고

입자 내부 니켈 함량을 높인
입자 제어(CSG) 기술을 선택,

관련 소재 업체는 에코프로비엠 등이 있어요

 

 

삼성 SDI는 기존 양극활물질의 다결정 구조로 인해
생기는 균열과 기능 저하를 억제하기 위해
단결정 구조 양극활물질 제조기술을 선택했고
관련 소재 업체는

에스엠랩(비상장) 등이 있어요

 

 

 

출처: 한국투자증권 리포트

 

 

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3RD 키워드: 탄소나노튜브(CNT)

 

주로 양극재용 도전재로는 카본블랙을 사용하는데

카본블랙보다 적은 양으로도

비슷한 효과를 낼 수 있는 탄소나노튜브가 있어요

 

 

CNT는 카본블랙 대비 양극활물질 입자를

더 잘 코팅하고 연결시켜

전기 저항을 최소화하는 구조로

전기 전도도가 높지만 카본블랙보다 훨씬 비싸요

하지만 도전재의 양극재 내 중량 비중이
1~3% 수준에 불과해 충분한 효용이 있다고 생각돼요

 

그리고

CNT는 향후 전고체전지가 상용화된다면

양극재와 고체 전해질 간의 낮은 전도도를
개선하기 위한 소재로 사용량이 증가할 것으로
예상되는데요

 

도전재는 균일하게 분산되었을 때

전기 전도도가 크게 향상되는 특성을 가지고 있어

국내에서는 LG화학을 비롯해 나노신소재가

생산량 증가를 위해 국내외 증설을 계획 중이에요

 

 

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4TH 키워드: PTFE

 

 

접착 역할을 하는 바인더는

전극의 물리적 구조를 유지시키고

양극재 바인더로는 불소수지(PVDF)를 사용하는데

주로 벨기에, 프랑스, 일본, 중국이

독과점하고 있어 전량 수입에 의존해 왔어요

 

양극재용 바인더는 비교적 최근에

국산 제품으로 양산된 소재인데

켐트로스가 화학산업연구원으로부터 생산기술을
이전받아 삼성 SDI 등에 공급하기 시작했다고 해요

 

차세대 양극재 바인더로 거론되는 PTFE는

에너지 밀도를 높이고 공정 시간과

원가를 절감할 수 있는 건식 전극 공정용 바인더로

내화확성, 내열성 등이 매우 뛰어난 수소성 물질로

향후 전고체전지나 건식 전극 공정에서

주목받을 차세대 소재로 꼽혀요

 

 
기본부터 차근차근 공부해나가니
제법 어려운 내용 들이지만
거부감 없이 읽혀 내려가는게 신기하네요

오늘도 유익한 정보 나눔 되었을까요?
그럼 다음엔 차세대 음극제에 대해
이야기 나눠 볼게요

숨은 보석을 찾아내는 그 날까지
모두 열공하세요🥕