리튬이온 배터리 기초 2. 양극재란?

배터리 업계는 높은 에너지 밀도를 갖는 양극재를 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 이런 양극재는 배터리의 성능을 끌어올리기 때문입니다. 최근 차세대 양극재로 NCM811과 NCMA를 생산하려는 기업들이 주목받고 있습니다. 이것은 배터리 성능을 한 단계 더 끌어올려 줄 것이기 떄문입니다.

 

그렇다면 NCM811과 NCMA은 무엇을 의미하는 것일까요? 나아가 높은 에너지 밀도를 갖는 양극재는 어떤 것을 의미할까요? 이것에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

양극재 중요 원소 : 리튬(Li), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 알루미늄(AL)

 

 

배터리 업계는 오랜 연구 끝에 양극재의 중요 금속원소로 리튬(Li), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 알루미늄(AL)를 선택하였습니다. 이 금속원소들은 배터리에서 각각의 특징을 가지고 있습니다. 니켈(Ni)의 함유량이 높아지면 용량이 커집니다. 망간(Mn)의 함유량이 높아지면 가격이 낮아지고, 열안전성이 높아집니다. 코발트(Co)의 함유량이 높이지면 배터리 수명이 늘어납니다. 알루미늄(AL)은 출력 특성을 향상시킵니다. 그렇기에 각 금속원소의 조합은 배터리 성능을 나타내어 굉장히 중요합니다.

 

 

출처 - 한국투자증권(양극재별 특성)

현재 대표적인 양극재 조합은 NCM(니켈코발트망간), NCA(니켈코발트알루미늄), LMO(리튬망간산화물), LCO(리튬코발트산화물), LFP(리튬인산철)를 꼽습니다. 주요 특성은 위 표와 같습니다. 이처럼 배터리 조합을 어떻게 가져가고, 어떤 금속원소의 비율을 높이느냐에 따라 배터리는 다양한 특성을 가지게 됩니다.

 

최근 주목받는 조합은 니켈(Ni) 함유량이 높은 '하이니켈' 양극재 입니다. 이유는 배터리 용량이 크고, 다른 조합에 비해 단가가 낮기 때문입니다. 니켈(Ni)의 함유량이 높은 양극재는 NCM, NCA가 있습니다. 이것을 삼원계라고 하며, 가장 많이 사용되고 있습니다.(참고로, LFP는 중국에서 많이 사용되고 있습니다.)

 

 

출처 - 한국전기자동차협회

2019년 1분기 전기차에 탑재된 양극재 현황입니다. NCM523이 가장 많이 사용되었습니다. 2020년에는 NCM622가 많이 사용되고 있습니다. 앞으로는 NCM811과 NCA, NCMA이 사용될 예정입니다.

 

최근 포스코케미칼과 에코프로비엠이 공격적으로 생산능력을 확장하고 있습니다. 두 회사는 NCM622를 판매하는 한편, 차세대 양극재로 NCM811과 NCMA를 양산하기 위해 노력하고 있습니다. 시장 점유율을 확보하기 위함입니다. 이처럼 앞으로 양극재 시장은 누가 더 빨리 높은 에너지 밀도를 갖는 양극재를 양산하느냐의 싸움이 될 것으로 판단됩니다.

 

 

감사합니다.