리튬이온배터리 양극재 종류

리튬이온배터리는 양극과 음극 물질 간의 전자 이동으로 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치로 양극재, 음극재, 전해액, 분리막으로 구성되어 있습니다. 흔히 전기차, 스마트폰, 에너지저장장치인 ESS 등 다양한 전력장치에 적용되죠. 그런데 그 안에 들어가는 소재가 무엇이냐에 따라 배터리의 성능과 특성들이 나뉘고 특히나 배터리 생산비의 40%를 차지하는 양극재의 경우 전기차의 주행거리와 출력 등을 결정하는 핵심 소재인데, 이 양극재를 구성하는 원료에 따라 에너지밀도, 안정성, 수명, 가격 등이 달라지기에 2차 전지 관련 주를 눈여겨보고 있거나 투자하시는 분이라면 이 리튬이온배터리 양극재의 종류별 특성에 대해 알고 계시는 게 중요하기에 정리해 보도록 하겠습니다.

리튬이온배터리 양극재 종류

< 목차 >
1. 리튬이온배터리 양극재란?
2. 리튬이온배터리 양극재 종류
2.1. NCM 양극재
2.2. NCMA 양극재
2.3. NCA 양극재
2.4. LFP 양극재
2.5. NMX 양극재

1. 리튬이온배터리 양극재란?

- 배터리의 4대 구성 요소(양극재, 음극재, 전해액, 분리막) 중의 하나
- 생산원가의 40%를 차지하며, 배터리 산업에서 차지하는 비중 높음
- 에너지 밀도 증가를 위해 양극활물질의 에너지 밀도를 높여야 하는 배터리
- 이에 적합한 양극활물질에는 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄 등이 있음
- 니켈은 에너지 밀도, 망간은 안정성, 코발트는 안정성과 수명, 알루미늄은 출력을 향상시키는 역할
- 위의 양극활물질들의 섞어 만들며 어떤 비율로 조합하느냐에 따라 성능과 특성 결정

※ 양극활물질이란?
- 양극재 내부에서 실제 배터리 내부 동작에 기여하는 활물질(active material)
- 배터리의 용량과 전압 결정(주행거리, 성능 등)

2. 리튬이온배터리 양극재 종류

- 하이니켈(High-Ni) 삼원계 양극재: NCM / NCMA / NCA
- LFB
- NMX

※ 하이니켈양극재
- 니켈 비중을 80% 이상으로 극대화
※ 삼원계 양극재
- 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄을 활용해 생산하는 양극재

2.1.NCM 양극재

- 리튬, 니켈, 코발트, 망간으로 구성
- 에너지 밀도와 용량이 높아 주행거리와 출력이 중요한 전기차 배터리소재로 가장 많이 사용
- 니켈 함량에 따라 NCM622, NCM811 등으로 불리며 뒤 세 자리 숫자는 함유 비율을 가리킴
- 예) NCM811: 니켈함량 80%, 코발트 함량 10%, 망간 함량 10%

2.2. NCMA 양극재

- 리튬, 니켈, 코발트 망간으로 구성된 NCM 양극재에 알루미늄 추가하여 사원계로 불림
- 전기차 주행거리와 출력, 배터리 안정성, 수명 성능 향상
- 원통형·파우치형·각형 배터리 등 다양한 폼팩터 적용 가능

[경제·금융 †정보] - 리튬이온배터리 원리 종류(원통형·파우치형·각형 배터리)

2.3. NCA 양극재

- 에너지밀도와 용량 특성 우수
- 전기자동차뿐만 아니라 전동공구용 배터리에 활용되는 하이니켈 양극재
- 에너지밀도 높아 고출력을 내지만 열 안정성이 떨어지는 단점

리튬이온배터리 양극재 활물질별 특성(사진: bizwatch.co.kr)

2.4. LFP 양극재

- 리튬과 인산철이 핵심 원료
- 높은 가격의 니켈과 코발트 미함유로 가격 경쟁력 면에서 우수
- 가격적인 매력과 안정성 확보가 쉬워 차량용 2차 전제 활용에 기술적 난도가 낮아 중국 배터리업체들이 생산
- 하이니켈 삼원계 양극재 대비 용량과 에너지 밀도가 낮기 때문에 전기차의 주행거리 한계
- 보급형 전기차에 주로 장착

2.5. NMX 양극재

- 리튬, 니켈 망간으로만 구성된 NMX 양극재 (개발 중)

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오늘은 배터리산업에서 차지하는 비중이 높은 리튬이온배터리의 양극재의 종류에 대해서 알아보았습니다. 최근 양극활물질 중 하나인 니켈 생산국들이 신 격전지로 부상했다고 합니다. 전기차 시장의 성장과 함께 배터리 주도권 확보를 위해 니켈 생산국들은 자원민족주의로 돌입하여 배터리 원자재 확보에 더욱 혈안이 되어있습니다. 배터리 주도권을 쥐기 위한 총성 없는 전쟁이 진행되는 만큼 이제 배터리 산업은 미래의 먹거리 사업임에는 틀림없는 사실인 것 같습니다.