2차전지 핵심소재 전구체

대한민국 2차 전지를 이끌어가는 그룹, 에코프로그룹에 전구체를 생산하는 [에코프로머티리얼즈]라는 회사를 들어보신 분도 계실 것이라 생각됩니다.

올해 상장 예정인 [에코프로머티리얼즈]는 시장에서 높은 가치를 부여받고 있습니다. 그 이유는 전구체가 바로 2차 전지 소재인 양극재의 핵심소재로 쓰이기 때문입니다. 그럼 전구체란 무엇이고 전구체의 역할, 그리고 종류는 어떤 것들이 있는지 알아보도록 하겠습니다.

 

 

1. 전구체

전구체란 리튬 이온 배터리의 중요한 부품 중 하나로, 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 말합니다. 전구체는 리튬 이온 배터리의 충전과 방전에 중요한 역할을 담당하며, 전구체의 종류와 특성에 따라 배터리의 성능과 안전성이 크게 영향을 받습니다.

 

전구체는 리튬,코발트,니켈,망간 등의 금속 원소로 구성되어 있으며, 이러한 금속 원소들이 특정 비율로 혼합되어 만들어집니다. 예를 들면 NCM (Nickel-Cobalt-Manganese) 전구체는 니켈, 코발트, 망간을 일정한 비율로 혼합하여 만들어진 전구체입니다. 또한, NCA (Nickel-Cobalt-Aluminum) 전구체는 니켈, 코발트, 알루미늄을 혼합하여 만들어진 전구체입니다. 이렇듯 전구체는 니켈과 코발트에 어떤 물질을 혼합하느냐에 따라 우리가 배터리계에서 많이 접하여 들으셨던 NCM과 NCA로 구분되게 됩니다.

또한, 전구체는 리튬 이온 배터리의 성능과 안전성에 큰 영향을 미치기 때문에 전구체의 개발과 연구는 리튬 이온 배터리 산업에서 매우 중요한 역할을 합니다. 최근에는 코발트를 대체할 수 있는 안전하고 안정적인 전구체의 개발에 관심이 집중되고 있습니다. 이러한 연구와 개발을 통해 보다 안전하고 높은 성능의 리튬 이온 배터리를 개발하고 생산할 수 있게 되며, 전기차 분야에서 사용되는 배터리의 성능과 안전성을 향상할 수 있게 되는 것입니다.

 

2. 전구체가 하는 역할

전기차 배터리분야에서 전구체의 역할은 다양하게 나타나고 있습니다. 그 중 전구체의 주요 역할은 다음과 같이 몇 가지로 요약할 수 있습니다.

 

1) 이온전도체 역할: 전구체는 전해질 안에서 이온 전도체 역할을 합니다. 전해질은 양극과 음극 사이에서 이온을 운반하고 전기적인 연결을 유지하는 역할을 하기 때문입니다.

 

2) 구조 지지체 역할: 전구체는 배터리의 구조 지지체 역할을 합니다. 전구체는 배터리의 구조적 안정성을 유지하는 역할을 하며, 배터리 모듈의 내구성과 안정성을 보장합니다.

3) 열 전도체 역할: 전구체는 열 전도체로 작용합니다. 전구체는 배터리 내부에서 발생하는 열을 전기차와 쿨링 시스템을 통해 효율적으로 분산시키는 역할을 하기 때문입니다.

 

4) 전극 재질 역할: 전구체는 적극 재질 역할을 합니다.  일부 전구체는 전극에서 화학 반을을 유발하여 전하를 저장하거나 방출하는 데 사용됩니다.

 

5) 안전성 보호 역할: 전구체는 안전성 보호 역할을 하는데 전구체는 배터리 내부에서 일어나는 화학반응을 안정적으로 제어하고, 배터리가 과충전, 과방전, 과열 등의 상황에서 폭발하거나 화재가 발생하는 것을 방지합니다.

 

이처럼 전구체는 전기차 배터리 부분에 있어 다양한 역할을 수행하는 핵심소재이며 배터리의 성능과 수명에 큰 영향을 미치고 있습니다. 전기차 산업에서 전구체 기술의 발전은 이처럼 매우 중요한 이슈를 가지고 있기도 합니다.

 

3. 전구체의 종류

전구체는 위에서 언급했던 것처럼 주로 금속 산화물로 이루어져 있습니다. 산화물에서 사용되는 금속의 종류와 비율에 따라서 다양한 종류로 분류될 수 있는데 대표적인 전구체의 종류는 다음과 같습니다.

 

1) LCO (Lithium Cobalt Oxide): 리튬 코발트 산화물 전구체는 가장 오래되고 잘 알려진 전구체 중 하나입니다.높은 에너지 밀도와 충전 효율성으로 인해 이전에는 가장 많이 사용되었습니다. 하지만 코발트의 고 가격, 불안정성, 안전 문제 등의 이유로 최근에는 대체 재료로 이어지는 추세입니다.

 

2) NMC (Nickel Manganese Cobalt): 니켈 망간 코발트 전구체는 LCO의 단점을 보완하기 위해 개발된 전구체입니다.

LCO보다 안전하고 저렴한 가격으로 대체 가능하며, 성능도 높은 편입니다. 주로 전기차용 배터리에 사용되고 있습니다

3) LFP (Lithium Iron Phosphate): 리튬 철 인산염 전구체는 안전성과 수명이 우수하기 때문에 전기차 외에도 보조 전원, 휴대용 전자기기 등에도 사용됩니다. LCO나 NMC보다 전압이 낮아서 에너지 밀도는 낮지만, 안전성이 높기 때문에 전기차 충전기 등에서 많이 사용됩니다.

 

4) NCA (Nickel Cobalt Aluminum): 니켈 코발트 알루미늄 전구체는 전기차의 대형 배터리에 많이 사용됩니다. 높은 에너지 밀도와 고온에서의 안정성이 뛰어나지만, 코발트의 고 가격과 재활용 어려움 등의 이유로 대체재료 연구가 진행 중입니다. 자기 기 등에 많이 사용됩니다. LCO나 NMC와 비교하면 에너지 밀도가 낮고, 대용량 배터리 제조에는 한계가 있습니다.

 

5) LMO (Lithium Manganese Oxide): 리튬 망간 산화물 전구체는 안정성이 높고 가격이 저렴하여 전기자전거, 휴대용 전자기기 등에 많이 사용됩니다. LCO나 NMC와 비교하면 에너지 밀도가 낮고, 대용량 배터리 제조에는 한계가 있습니다.

 

4. 전구체의 발전 방향과 미래

전구체의 발전된 기술은 배터리 기술의 발전과 함께 전기차 산업에서 매우 중요한 기술 중 하나로 인식되고 있습니다.

현재 전구체 기술의 발전은 고용량, 고전력, 고안정성 등의 성능을 갖춘 고성능 전구체가 개발되고 있으며 더 높은 에너지 밀도와 더 긴 수명을 갖는 전구체가 개발되면서 전기차의 주행 거리와 성능이 향상될 것으로 기대합니다. 또한, 친환경적인 재료를 사용하여 전구체를 개발하는 것이 중요한 이슈입니다. 전구체에서 사용되는 리튬, 코발트 등의 원료는 얻는 과정이 매우 오염되고 환경에 악영향을 미치기 때문입니다. 따라서 친환경적인 전구체 개발이 요구되고 있는 실정입니다.

친환경적인 전구체 개발을 위하여 요구되는 것이 재활용 및 2차 이용 기술 개발입니다. 전구체는 수명이 다하면 버려지지만, 전구체 내에 포함된 원소들은 유용한 자원으로 재활용이 가능합니다. 따라서 전구체 재활용 및 2차 이용 기술의 개발이 중요하게 요구되고 있습니다. 

 

이처럼 전구체의 발전과 미래에는 위와 같은 기술의 발전으로 인해 더 높은 성능과 안전성을 갖춘 전구체가 개발될 것으로 기대되고 있습니다. 위에서 언급한 대로 친환경적인 재료의 사용과 재활용 기술의 발전으로 인해 급격하게 성장하고 있는 전기차 산업은 앞으로도  지속 가능한 발전을 이룰 수 있을 것으로 기대됩니다.