이차전지 리튬이온배터리 4대 구성 요소 알아보기

전기차 핵심부품인 이차전지 산업의 성장성은 앞으로 더욱 커질것이라 예상됩니다. 오늘은 리튬이온배터리를 구성하는 4대 요소에인 양극재, 음극재,전해질, 분리막의 특징과 그와 관련된 기업들을 알아보겠습니다.

양극재

양극은 리튬을 이온화화여 전기를 생성하며 대개 선반(콜밸)로 만들어지며 적절한 전극재료와 전해질을 사용하며 만듭니다.쉽게 얘기하면 양극재에는 전기를 만들어내는 리튬이 가득차있는데요, 리튬과 니켈,망간,코발트,알루미늄의 금속 성분 조합으로 만들어집니다.

1. 니켈 N : 배터리용량을 결정한다
2. 망간 M : 안전성
3. 코발트 C : 안전성
4. 알루미늄 A : 출력 담당

양극재는 배터리 원가의 40~50%를 차지하며 용량과 출력을 결정짓는 요소이며 주재료를 어떻게 조합하는지에 따라 달라지는데요, NCM,NCA,NCMA 등이 있습니다.

1. NCM배터리 : 니켈,코발트,망간 조합으로 LG화학과 LG에너지솔루션에서 생산합니다. 안전성을 더하려면 NCA가 되는데 A 알루미늄을 넣으면 수명이 짧아지게 됩니다.
2. NCMA 배터리 : 엘엔애프에서 생산하는 NCMA는 삼성 SDI 제품보다 발전한 기술이라고 전해집니다.
3. NCA 배터리 : 니켈,코발트,알루미늄 조합으로 삼성 SDI에서 생산합니다.삼성SDI는 젠5 NCA 배터리가 주력인데 니켈 함량이 88% 이상인 NCA양극을 사용합니다. 니켈 함량이 올라갈수록 배터리 용량이 커지고 가격은 낮아지게 됩니다.1회 충전으로 약 600km 주행이 가능합니다.

음극재

음극은 양극과 반대로 리튬 이온을 수영하여 전기를 생산합니다. 양극에서 나온 리튬 이온을 받아들일수 있게 음극할 물질을 말하며 연필심을 만드는 흑연으로 만들어집니다. 

그러나 요즘은 실리콘음극재가 대세로 자리잡아 기존의 주행거리와 충전시간에 대한 문제를 개선시켰다는 평이 있습니다. 뿐만아니라 부피가 작고 가볍기 까지 합니다. 실리콘음극재과 관련된 기업은 SK머티리얼즈가 있습니다.

전해액

배터리가 전기를 생성하는 원리는 양극과 음극 사이에 리튬 이온이 이동하면서 전기에너지를 만들어내는데, 저장된 리튬 이온을 원활하게 해주는 역할을 전해액이 담당합니다. 양극재에서 음극재로 방전될 그 때 움직여주는 역할을 하며 배터리 수명과 관련이 있는 요소 입니다.

전해액의 구성요소는 크게 용매,리튬염,첨가제로 분류됩니다.

1. 용매 : 리튬염을 원활하게 이동시켜주는 역할을 합니다
2. 리튬염 : 전해액을 만드는데 첨가제가 1~5% 정도 들어가며 우리나라에서 독보적으로 만드는 곳은 "천보"입니다
3. 첨가제 : 양극첨가제는 양극재의 표면을 보호해주어 발열을 방지하고, 음극첨가제는 막을 형성해서 음극재의 수명을 향상시키며 발열을 방지합니다. 원가가 비싼편에 속합니다.

전해액 관련된 기업은 LG화학,솔브레인,후성,엔겜이 있습니다.

리튬이온배터리의 액체 전해액은 누설,증발,화재 등의 안전문제가 있기에 액체 대신 고체 전해질을 사용하는 전고체배터리 연구가 진행중입니다. 전고체배터리는 리튬이온배터리보다 안정성이 높고 고온에서도 성능이 개선되는 장점이 있지만 단가가 높고 기술적인 난제 등으로 대량생산이 어렵습니다. 삼성SDI에서 전고체배터리를 연구중이라고 하니 그 결과를 기대해봐야겠습니다.

분리막 

분리막은 음극과 양극간의 충돌을 막아주는 역할을 하는 "미세필름"이라고 보면 됩니다. 리튬이온만 분리막으로 오갈 수 있으며 공정난이도가 매우 높은편에 속합니다. 분리막은 화재방지의 핵심소재이고 건식분리막과 습식 분리막이 있습니다.주로 포리에틸렌 PE , 프로프로필렌 PP 로 만들어 집니다.

분리막으로 유명한 업체는 SK아이테크놀로지 입니다.