양극재란 무엇인가? - 2차 전지를 움직이는 힘

2차 전지 가운데 가장 널리 쓰이고 있는 리튬이온 전지는 분리막을 중심으로 양쪽 끝에 양극과 음극이 있고, 그 사이를 전해질 용액으로 채우는 구조로 되어있습니다. 양극을 만드는 데 사용하는 물질을 양극재라고 하는데, 왜 이 재료가 2차 전지의 핵심소재로 주목받고 있는지 알아봅시다.

 

 

양극재란?

2차 전지의 양극을 만드는 재료로, 배터리의 용량과 전압을 결정하는 핵심소재입니다. 충전할 때는 양극재에서 나온 다량의 +이온 입자가 분리막을 통하여 음극으로 이동합니다. 전지를 사용할 때는 음극으로 이동했던 +이온이 양극으로 이동하면서 전기가 생산되는 것입니다. 양극재가 얼마나 많은 양의 +이온 입자를 낼 수 있느냐에 따라 배터리의 용량과 출력이 결정됩니다.

 

 

양극재에 쓰이는 재료는 뭐가 있나?

리튬이온 전지의 양극재는 리튬과 금속 성분의 조합으로 만듭니다. 보통 네 가지 금속을 많이 쓰는데, 니켈과 코발트, 망간, 알루미늄입니다.

 

각 재료의 특성은 아래와 같습니다.

재료	특성
니켈	에너지 밀도
코발트	안정성과 수명
망간	안정성
알루미늄	출력

 

전기차에 적용하는 것으로 설명하자면, 용량은 주행거리, 에너지밀도는 전기차의 출력, 안정성은 배터리의 화재 등 사고를 제어하는 능력, 수명은 배터리 사용 기간에 영향을 미칩니다. 이러한 특성을 고려하여, 각 제조사에서는 위 금속들을 리튬과 적절히 혼합하여, 배터리를 사용하는 용도에 맞게 2차 전지를 만들고 있습니다. 국내 전기차 배터리 사업자들은 NCM(니켈, 코발트, 망간), NCA(니켈, 코발트, 알루미늄) 두 종류의 삼원계 배터리를 주력 제품으로 판매하고 있습니다.

 

 

CATL을 비롯한 중국업체 들은 LFP(리튬, 인산, 철) 배터리를 주로 생산하는데, 코발트와 니켈대신 철(Fe)을 사용하는 배터리입니다. 니켈과 코발트를 사용하는 전지보다 40%가량 제조원가를 낮출 수 있으며, 안정성이 뛰어나지만, 에너지 밀도가 낮고 출력이 떨어진다는 단점이 있어, 이를 보완하는데 집중하고 있습니다.

 

 

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