[공부]리튬이온전지 기술

리튬이온전지 기술

이번 시간에는 리튬이온전지의 기술 현황에 대해 알아보겠습니다.

 

 

이차전지는 반복적으로 충전 및 방전이 가능한 전지로, 일반적으로 리튬이온 이차전지를 가리킨다고 해요. 이차전지는 에너지를 화학적으로 저장하여 나중에 필요할 때 전기 에너지로 변환하여 사용할 수 있는 우리가아는 배터리라고 생각하면 되는데요, 이차전지는 주로 휴대전화, 노트북, 전동 자동차 등 다양한 전자기기와 이동형 장치에서 사용됩니다.

 

리튬이온전지의 핵심 소재는 양극재, 음극재, 분리막, 그리고 전해질로 구성되어 있어요. 이차전지 수요의 급증에 따라 국내 이차전지 제조사들은 안정적인 소재 공급 네트워크를 확보하고 동시에 수직계열화를 위한 기술개발과 투자를 가속화하고 있습니다.

출처:https://i0.wp.com/wisdomagora.com/wp-content/uploads/2023/01/Screen-Shot-2023-01-06-at-12.08.20.png?resize=669%2C492&ssl=1

먼저 양극재에 대해 알아볼게요!

 

양극재는 이차전지 내 리튬의 공급원이 되며 전지의 용량을 결정하는 소재입니다. 중대형 전지의 경우 높은 에너지 밀도가 요구되어 니켈(Ni) 함량이 높은 NCM, NCA 중심의 고용량 활물질 개발이 가속화되고 있습니다. 이러한 활물질들은 코발트(Co) 함량이 적어 기존에 사용되었던 LCO에 비해 가격 경쟁력이 높으며, 표면적이 넓어 뛰어난 출력밀도를 보여요. 그러나 제조 공정의 높은 기술장벽으로 인해 국내와 일본 업체들을 중심으로 개발이 진행되고 있으며, 중국 업체들은 LFP 등 저가 소재를 중심으로 생산하고 있습니다.

 

다음으로 음극재는 양극재와 더불어 이차전지의 용량, 출력, 안전성 등을 결정하는 핵심 소재로서 양극으로부터 나온 리튬 이온을 저장하는 역할을 합니다. 따라서 양극의 고용량화에 따라 음극의 고용량화가 가속화되고 있습니다. 흑연 음극에 실리콘(Si)을 첨가하여 제한된 흑연 음극재의 용량을 증가시키거나, 혹은 실리콘 단독 기반의 음극을 개발하는 노력들이 진행되고 있습니다.

 

양극/음극 소재 개발 외에도, 전극 활물질 층 두께가 증가된 후막전극을 이용한 고용량화 기술이 큰 주목을 받고 있습니다. 후막 전극은 여러 층의 박막 전극을 대체할 수 있기 때문에 이차전지의 부피를 크게 감소시킬 수 있으며, 밀도가 높은 집전체와 상대적으로 고가인 분리막의 사용량을 줄일 수 있어 중량과 가격 측면에서 매우 유망한 기술입니다. 하지만, 아직까지 기존 박막 전극에 비해 성능과 제조 공정성이 충분히 확보되지 않고 있어 산학 협동을 통한 적극적인 기술 개발이 필요합니다.

 

더 나아가 리튬이온전지의 성능과 안전성 향상을 위해 양극재와 음극재 외에도 분리막에 대한 기술 개발이 병행되어야 합니다. 분리막은 리튬 이온이 전극 사이로 이동할 수 있는 통로를 제공하며 양극과 음극의 물리적 접촉을 차단하는 역할을 합니다. 특히, 최근 중대형 전지의 화재사고 등으로 안전성 문제가 대두되면서 내열성과 기계적 강도가 향상된 분리막 기술 개발에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 또한, 전해질은 리튬 염, 유기용매 및 첨가제의 종류에 따라 물성을 다양하게 조절할 수 있으며, 특히 전기차와 같이 온도 차이가 큰 환경에서 사용되는 고용량 전지의 경우, 온도 민감성 개선 및 폭발/발화 억제를 위한 전해액 첨가제에 대한 연구가 진행되고 있습니다.

 

다음시간에는 이차전지 개발과 도전해야할 과제에 대해서 알아볼게요!!

이차전지로 취업준비 하나하나 쌓아가요!