전기차와 2차전지 관련한 종목의 주가가 급등하면서 전기차배터리와 관련해 투자를 고려하고 있는 분들이 많아지고 있습니다. 주로 증권사 리포트나 뉴스 기사등을 통해 소식을 접하게 될텐데요. 전기차 배터리의 특성을 이야기할때 가장 먼저 언급되는 것중 하나가 바로 배터리 용량과 출력인데, 이 특성을 결정하는 주 소재가 바로 양극소재입니다. 오늘은 얼마나 배터리의 양극소재가 무엇인지 정리해보겠습니다.
양극의 구성 및 활물질의 종류
<출처 : 삼성 SDI 홈페이지>
양극은 얇은 알루미늄기재와 활물질, 도전재, 바인더로 구성됩니다. 리튬산화물로 구성된 활물질에 소량의 도전재를 넣어 전도성을 높이고, 바인더를 넣어 이들이 잘 붙을수 있는 것을 '합제'라고 합니다. 그리고 합제를 알류미늄기재 양쪽에 바르면 양극이 만들어집니다.
활물질 : 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 물질
도전재 : 전도성을 높이는 물질
바인더 : 입자를 도장면에 잘 붙게하는 페인트 성분
양극의 특성을 나타내는 것은 활물질입니다. 활물질에 따라 저장되는 전자의 수가 달라지기 때문에 배터리의 용량과 전압도 달라집니다. 활물질로 니켈, 망간, 코발트, 알루미늄등이 사용되고 각각 서로 다른 특성을 갖고 있습니다.
니켈(Ni)은 고용량(에너지밀도)
망간(Mn)과 코발트(Co)는 안전성
알루미늄(AI)은 출력 특성 향상
등의 특징이 있습니다.
양극재 소재 정리
현재 전기차용 배터리의 양극소재는 주로 NCA, NCM, LFP등이 사용됩니다. 그리고 이중에서도 니켈 함량을 높인 하이니켈 양극 소재의 개발이 주목받고 있는 상황이빈다.
양극재 소재
NCA : 니켈 코발트 알루미늄
NCM : 니켈 코발트 망간
LFP : 리튬인산철
LCO : 리튬코발트산화물
NCA (니켈 코발트 알루미늄)의 특성
가장 큰 장점은 배터리 밀도가 높다는 것입니다. 또한 알루미늄을 사용해 출력을 높임으로써 배터리 효율을 극대화한 모델입니다. 삼성 SDI가 NCA배터리를 주력으로 생산합니다. 니켈의 함량이 80% 이상이므로 높은 에너지밀도를 자랑하지만, 불안정하다는 요인이 있습니다.
NCM (니켈 코발트 망간)의 특성
니켈계열 삼원계 배터리 모델입니다. LG화학, Sk이노베이션은 811모델을 선보이고 있는데, 이는 니켈 80%, 코발트 10%, 망간 10%로 니켈의 함량을 높인 모델입니다. 역시 에너지미롣 측면에서 효율성을 추구하며, NCM배터리가 NCA에 비해 수명이 길다는 장점이 있습니다.
LFP (리튬인산철)의 특성
니켈이 들어가지 않는 이원계 배터리 모델입니다. CATL등 중국업체들이 주력하고 있는 모델입니다. 니켈이 들어가지 않으니 안정성에 있어서는 우수한 편이며, 코발트를 사용하지 않기 때문에 상대적으로 저렴합니다. 하지만 상대적으로 에너지 밀도가 낮기 떄문에 주행거리가 짧을수밖에 없습니다.
이 3가지가 글로벌 2차전지사들이 주력으로 개발하고 있는 소재라고 할수 있습니다.
국내 업체들의 방향성
국내 배터리 3사는 니켈함량을 높이는 하이니켈 양극 소재의 개발에 주력하는 모습입니다. 에너지 밀도가 높다느 ㄴ말은 동일한 용량의 배터리를 더 적은 무게와 작은 부피로 전기차에 탑재할수 있다는 뜼입니다. 이것은 전기차의 핵심과제인 주행거리 확대에 가장 유리한 조건입니다.
또한 니켈함량이 80% 이상인 하이니켈의 경우 가격변동성이 크고 가격이 높은 코발트를 대체할수 있기 때문에 원가 경쟁력을 갖출수 있다는 장점이 있습니다
LG화학 SK이노베이션의 경우 NCM 개발에 주력하고 있으며 삼성SDI는 NCA, NCM 양극소재를 중심으로 제품 개발을 진행중입니다.
