배터리의 핵심 소재 양극재가 뭐지?
리튬이온배터리는 양극재, 음극재, 전해액, 분리막 네 가지 요소로 구성됩니다. 양극과 음극 물질 간 전자 이동으로 화학에너지를 전기에너지로 변화시키는 장치입니다. 양극의 리튬 이온이 음극으로 이동하면서 배터리가 충전되고, 음극의 리튬 이온이 양극으로 돌아가면서 배터리가 방전되는 원리입니다.
리튬이온배터리는 전기차, 스마트폰, 전동공구, 에너지저장장치(ESS) 등 다양한 전력장치에 적용됩니다. 그 안에 들어가는 소재가 무엇이냐에 따라 성능과 특성이 구별 됩니다. 특히 배터리 원가의 40%를 차지하는 양극재는 전기차의 주행거리와 출력 등을 결정하는 핵심 소재입니다.
양극재가 배터리의 성능을 결정한다면, 양극재는 구성하는 원료에 따라 성능과 특성이 좌우 됩니다. 에너지밀도를 결정하는 니켈(Ni), 안정성을 높이는 코발트(Co)와 망간(Mn), 출력 특성을 향상 하는 알루미늄(A1) 등의 원료 중 어느 원료를 어떤 비율로 조합하느냐에 따라 성능과 특성이 달라집니다.
양극재의 용량, 에너지밀도, 안정성, 수명, 가격경쟁력이 달라진다는 뜻입니다. 무엇보다 전기차 시대가 도래하면서 소비자들의 이용 편의성 향상을 위한 전기차 주행거리 증대가 핵심과제입니다. 이를 위해서는 양극재의 니켈 비중을 높이는 것이 관건입니다. 니켈이 전기차 주행 거리에 영향을 미치는 양극재 용량, 에너지밀도를 결정하기 때문에 니켈 비중을 80% 이상으로 극대화한 High-Ni(하이니켈) 삼원계 양극재가 주목받게 됐습니다.
삼원계는 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄을 활용해 생산하는 양극재입니다. 하이니켈 양극재는 크게 NCM(니켈, 코발트, 망간), NCMA(니켈, 코발트, 망간, 알루미늄), NCA(니켈, 코발트, 알루미늄)등으로 구분됩니다. 국내 배터리 소재 기업들은 양극재의 고니켈화를 위한 투자를 지속해 고품질의 하이니켈 삼원계 양극재를 양산하면서 글로벌 양극재 시장을 주도하고 있습니다.
고품질 앞세운 삼원계 양극재
리튬, 니켈, 코발트, 망간으로 구성된 NCM 양극재는 용량과 에너지밀도가 높아 주행거리와 출력이 중요한 전기차 배터리 소재로 가장 많이 사용되는 삼원계 양극재입니다. 통상 니켈 함량이 80%를 넘으면 하이니켈로 봅니다. 니켈 함량에따라 NCM622, NCM811 등으로 부릅니다.
NCM 제품명 뒤에 붙는 세 자리 숫자는 니켈, 코발트, 망간 함유 비율을 뜻합니다. 예를들어 NCM622SMS 니켈 함량60%, 코발트 함량20%, 망간 함량20% 라는 뜻합니다. 여러 원료를 하나의 입자구조로 결합해 강도와 열 안정성을 높여 배터리 수명을 늘린 하이니켈 단입자 양극재도 주목 받고 있습니다.
포스코케미칼은 니켈80% 이상 하이니켈 NCM(A) 양극재를 양산해 글로벌 고객사에 공급하고 있으며, 하이니켈 단입자 양극재 양산도 앞두고 있습니다. NCMA 양극재는 리튬, 니켈, 코발트, 망간으로 구성된 NCM 양극재에 알루미늄을 추가한 고품질의 하이니켈 양극재입니다.
업계에서는 NCMA 양극재를 사원계로 부르기도 합니다. 난도 높은 공정을 통해 NCM 양극재에 알루미늄을 추가해 전기차 주행거리와 출력, 배터리 안정성과 수명 성능까지 향상시켰습니다. 원통형, 각형, 파우치형, 배터리 등 다양한 폼팩터에도 적용 가능합니다.
포스코케미칼은 NCM뿐 아니라 니켈 함량을 80% 이상 높인 NCMA 양극재 생산체계도 구축했습니다. 리튬, 니켈, 코발트 알루미늄으로 구성된 NCA양극재는 에너지밀도와 용량 특성이 우수해 전기차뿐 아니라 전동공구용 배터리에 활용되는 하이니켈 양극재입니다. 에너지밀도가 높아 고출력을 내는 만큼 열 안정성이 다소 떨어지는 단점이 있습니다. 이를 위해 특수 코팅 기술을 활용해 안정성과 수명을 높이는 기술 개발이 이뤄지고 있습니다.
NCM 자타공인 핵인싸
주행거리가 길고 높은 출력을 내기 때문에 전기차 배터리 소재로 가장 많이 쓰이는 삼원계(니켈, 코발트, 망간) 양극재
고가의 코발트 함량을 줄이고 니켈 비중을 높인 하이니켈 양극재
니켈 비중을 높인 하이니켈 양극재
개발이 활발히 이뤄지고 있으며 수명과 안정성까지 높인 단입자 양극재도 주목 받고 있습니다.
NCMA 양극재의 팔방미인
밀도, 용량, 수명, 가격경쟁력 모두 잡은 고품질의 하이니켈 양극재
난도 높은 공정을 통해 삼원계 양극재에 알루미늄을 추가해 출력과 안정성을 높였으며, 원통형, 각형, 파우치형 등 다양한 형태의 배터리에 적용 가능합니다.
NCA 강인한 에너자이저
에너지밀도 용량이 우수해 전기차뿐 아니라 공구용 배터리에 활용되는 하이니켈 양극재
니켈, 코발트, 알루미늄으로 구성되며 고출력을 내는 만큼 열 안정성이 다소떨어지기 때문에 특수 코팅 기술을 더해 안정성과 수명을 높이는 기술 개발이 이뤄지고 있습니다.
LEP 가성비 좋은 안전주의자
저렴하면서도 안정적이기 떄문에 보급형 전기차 배터리에 주로 활용되는 양극재
코발트, 니켈 없이 리튬과 인산철로 구성돼 가격경쟁력, 수명, 안정성 면에서 우수하나 삼원계 등 다른 양극재 대비 에너지밀도와 용량이 낮고 부피가 크며 무거운 편입니다.
NMX 영입 1순위 유망주
코발트 없이 니켈과 망간으로 구성해 가격졍쟁력을 높인 코발트프리 양극재
가격경쟁력뿐만 아니라 용량, 밀도 등의 부문에서도 우수한 성능을 보이기 때문에 미래 배터리 소재로 주목받고 있습니다.
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