2차전지(배터리)의 이해 - 3편(음극재)

출처 : 네이버

- 2차전지 음극재?

음극재는 양극에서 나오는 리튬이온을 받아들이는 소재, 음극활물질이라고 합니다.

그 음극재의 주 재료는 흑연 등의 탄소물질이 가장 많이 사용됩니다.

포스코케미칼이 세계 1위의 음극재 생산업체입니다.

 

관련기사 : https://mk.co.kr/news/business/view/2019/10/878400/

음극재 품질 日에 우위…가격도 中따라잡아

 

위 그림은 글로 정리하면 아래와 같습니다.(분리막, 전해질은 다음 편에 자세히 설명드릴 테니 일단 음극재만 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

 

- 음극재 종류

1. 음극재 종류

음극재에 들어가는 음극활물질에는 천연흑연, 인조흑연, 등이 있습니다.

다양한 음극활 물질이 연구되고 있으나 향우 5년 내에는 다른 소재로 바뀔 가능성은 적다고 알려져 있으며, 

천연흑연은 아래의 특징처럼 싸고 구하기가 쉬우며, 인조흑연은 수명이 길어 부가가치가 높습니다.

 

현재 전기차용 배터리에 천연흑연과 인조흑연을 섞는 업체는 삼성SDI, LG화학등이 있고

인조흑연만 사용하는 업체는 파나소식, 테슬라가 있습니다.

 

 

2. 음극재 수요전망

음극재는 아래 그래프를 보시면 천연흑연이나 인조흑연 모두 2025년까지 수요가 증가함을 보실 수 있습니다.

천연흑연은 광물에서 추출하고 대부분 중국에서 수입하고 있는 상황입니다.

인조흑연은 더 많은 공정으로 인해 부가가치가 높으며 대부분 일본의 점유율이 높은 상황이며 인조흑연이 비중이 높아지고 있는 추세입니다.

 

 

3. 음극재 가격 추이

천연흑연은 왼쪽 그래프처럼 점점 상승추세에 있으며, 인조흑연은 오른쪽 그래프처럼 점점 안정화 추세에 있습니다.

 

 

4. 음극재 개선

음극재는 리튬이온을 저장하기 때문에 흑연이 배터리 저장용량을 결정한다고 봐야 한다. 

배터리 저장용량을 늘리기 위해서는 이 흑연의 에너지 밀도를 높여야 하는데 현재 흑연의 최대 용량에 이미 도달을 했기 때문에 실리콘 첨가제를 사용하는 방법이 주목받고 있다.

 

사진 왼쪽처럼 흑연에 실리콘을 균일하게 코팅을 해서 에너지 밀도를 낮추는 동시에 원가도 하락시키는 방법이다.

하지만 실리콘의 용량을 늘릴 수만 있는 게 아닌 게 실리콘의 낮은 안전성으로 인한 배터리의 변형을 가져올 수 있어 오른쪽 사진처럼 5% 정도만 사용되고 있습니다.

아래 그림의 음극재 시장 전망도 참고 바라며, 에너지 밀도도 실리콘 합성물이 훨씬 높음을 확인 바랍니다.

 

 

아래 그래프는 2025년까지 천연흑연, 인조흑연, 실리콘 시장의 수요 전망한 그래프입니다.

 

 

 

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