2차 전지의 핵심인 양극재에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
- 2차전지 양극재?
네이버에서 양극재에 대해서 설명하는 글입니다.
배터리의 용량과 출력을 결정하는 핵심소재로 배터리 생산원가의 40% 정도를 차지하고 양극활 물질로는
니켈, 망간, 코발트, 알루미늄이 있다고 나와있습니다.
글로는 잘 이해가 안 될 것 같아서 그림을 가져왔습니다.
위 그림은 글로 정리하면 아래와 같습니다.(음극재, 분리막, 전해질은 다음 편에 자세히 설명드릴 테니 일단 양극재만 집중하면 되겠습니다.)
양극재 - 양극활물질(리튬, 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄) + 양극기재(Al)
음극재 - 음극활물질(흑연) + 음극기재(Cu)
분리막 - 절연소재의 얇은 막
전해질 - 전해질염 + 유기용매 + 첨가제
구성요소별 특징
양극재 - 산화가 잘되는 물질로 구성되며 배터리의 용량과 평균 전압을 결정함.
음극재 - 주로 흑연을 이용하며 배터리의 수명을 결정함
분리막 - 리튬이온만 통과시키는 역할과 쇼트 발생 방지
전해질 - 이온이 잘 이동할 수 있도록 도와주는 용액
- 양극재 종류에 따른 2차전지 구분
양극재에 들어가는 양극활물질은 어떻게 조합하느냐에 따라 아래처럼 구분을 합니다.
여기서 L = 리튬, N = 니켈, C = 코발트, M = 망간, A = 알루미늄, P = 인산 , F = 철 을 의미합니다.
1. LCO(리튬코발트) 배터리는 용량이 적고 안전성이 높은 배터리입니다.
2. LFP(리튬인산철) 배터리 역시 용량이 적으나 안전성이 매우 높은 걸로 나옵니다.
주로 중국 업체 CATL이 많이 제조하고 있으며 테슬라에서 이를 많이 채택해서 사용하고 있으며, 최근에 이슈가 된 애플 카에서도 사용할 꺼란 뉴스가 있습니다.
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관련 기사를 보시면 아시겠지만 LFP 배터리가 기술 수준도 낮고 주행거리가 짧다는 분명한 단점이 있으나 안정성이 매우 높으며 가격이 저렴하다는 장점이 있습니다.
3. NCM(니켈코발트망간) 배트리는 용량이 높으나 수명은 중 정도로 나옵니다.
참고로 NCM622처럼 뒤에 숫자가 있는 배터리는 니켈 : 코발트 : 망간이 각각 6:2:2로 섞여 있단 뜻입니다.
NCM712 배터리는 니켈 : 코발트 : 망간이 각각 7:1:2입니다.
그리고 하이니켈 배터리는 니켈의 함량을 많이 높인 배터리를 말하는 것으로 NCM811처럼 니켈의 함량이 높은 배터리를 하이니켈배터리라고 합니다.
그럼 왜 이렇게 니켈의 함량을 높일까요?
코발트 가격 때문입니다.
코발트 가격이 비싸고 수급에 문제가 많아서 코발트 비중을 줄이고 니켈의 비중을 늘리는 것입니다.
니켈의 비중을 올리면 고밀도 배터리가 가능하며 LCO배터리에 근접한 높은 출력을 구현할 수 있습니다.
하지만 니켈의 함량을 무조건 높이는 게 능사가 아닌 게 불안정성이 늘어나고 수요도 많아져 가격이 상승하고 있습니다.
아래 그림은 최근 5년의 니켈 가격입니다. 장기적으로 우상향하고 있음을 보실 수 있습니다.
아래 도표는 최근 5년 동안의 코발트 가격입니다.
아이러니하게 코발트 가격이 내려가고 있습니다.~~~
4. NCA(니켈코발트알루미늄) 배터리는 수명이 길고 주행거리가 긴 장점이 있으나 위험하다는 단점이 있습니다.
국내 배터리사는 주로 NCM과 NCA배터리를 주로 제작하나 난이도가 높아 비용과 시간이 많이 드는 단점이 있습니다.
따라서 테슬라처럼 다른 자동차 메이커들도 모델별로 채택하는 배터리 종류가 나뉠 것으로 보입니다.
저렴한 자동차 모델은 상대적으로 안전하고 저렴한 LFP배터리를 고급 자동차 모델과 긴 주행거리가 필요한 모델에는 NCM, NCA배터리를 채택할 것으로 보입니다.
한 가지 더 하자면 전고체 배터리가 있습니다. 이 전고체 배터리는 따로 다루도록 하겠습니다.
- 2차전지 양극재 에너지 밀도 및 기술 로드맵
X축의 니켈의 함량이 높아질수록 에너지 밀도가 높아짐을 확인하실 수 있습니다.
NCM622에서 시간이 지나면 NCM811, NCA036쪽으로 기술 개발되어 나갈 것으로 보이고 있습니다.
위 그래프와 마찬가지로 아래그림도 내년부터 NCM811이 대세를 이루고 점점 하이니켈로 넘어갈 것 같다는 그림입니다.
- 2차전지 양극재 수요 전망
위 그래프는 양극재의 시장 수요 전망을 나타냅니다.
노란색이 NCM이며, 파란색이 NCA, 빨간색이 LFP, 녹색이 LCO입니다.
2050년에 이르면 NCM부분이 시장이 가장 커짐을 알 수 있으며, 연평균 33.3%가 성장합니다.
이차전지 양극재 수요량, 2025년까지 시장규모 6배 증가 전망 - 중소기업뉴스
20일 이차전지 사장조사업체 SNE리서치의 ‘리튬이차전지 양극재 기술동향 및 시장전망’ 보고서에 따르면, 글로벌 리튬이온 이차전지용 양극재 시장 수요량은 2025년 약 275만톤까지 증가할 전망
news.kbiz.or.kr
- 2차전지 양극재 업체별 Capa 증설 추정
아래 그래프는 양극재 주요 업체별 Capa 증설 계획입니다.
그래프를 보시면 해마다 증설이 될 예정임을 볼 수 있습니다.
하지만 아래 그래프를 보시면 수요와 공급을 보실 수 있는데 2020년까지는 수요와 공급이 비슷하지만
내년부터는 공급이 수요를 추월합니다.
따라서 양극재 업체에 투자를 하신다면 이 부분을 참고하셔야 할 것 같습니다.
양극재 업체는 양극재 가격이 상승하고, 셀 업체의 내재화, 낮은 진입장벽 등으로 과도한 투자가 일어났다고 보고 있습니다.
- 2차전지 양극재 벨류체인
국내 배터리 셀 3사에 납품하는 양극제 업체의 밸류체인(관련주)입니다.
먼저 삼성SDI에는 Umicore, 엘앤에프, 에코프로비엠
LG화학은 Umicore, Nichia, 엘앤에프, 포스코케미칼
SK이노베이션은 엘앤에프, 에코프로비엠입니다.
여기까지 양극재 대해서 설명드렸습니다.
개별기업(에코프로비엠, 포스코케미칼, 엘앤에프) 설명은 따로 시간 되면 여기에 붙여서 올리던지 따로 올리던지 하겠습니다. 감사합니다.
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