2차전지 소재 투자 전 꼭 알아야 할 것

2차전지 투자 알아야할 것

2차 전지 4대 소재

1. 양극재

- 배터리는 대부분이 양극재로 구성된다. 그만큼 양그재는 중요하다. 배터리의 전체 제조원가도 양그재가 상당한 부분(약 40%)을 차지한다. 양그재는 배터리의 출력과 용량을 결정한다. 즉, 양극재의 성능이 개선되면 주행 가능 거리가 길어지는 것이다. 핸드폰 배터리의 경우, 양극재의 성능이 사용 시간을 길게 만드는 것이다. 

 

양극재는 리튬과 니켈, 망간과 코발트, 알루미늄으로 구성된다. 니켈은 용량, 망간과 코발트는 안정성, 알루미늄은 출력과 관계있다. 각각 담당하는 역할이 다른데, 이것들을 적절히 조합해서 최고의 용량과 출력을 내는 안정적인 배터리를 만드는 것이 기업의 기술력이라고 보면 된다. 

 

니켈 함량이 높을수록 주행가능 거리가 길어지는 것이다. 그래서 요즘 양극재 기업들이 주행 거리를 늘리기 위해 하이니켈 양극재(니켈 함량이 높은 양극재) 개발에 엄청난 공을 들인다. 

 

 

- 양극재 대표 기업으로는 에코프로비엠, 엘앤에프, 포스코케미컬, 코스모 신소재, LG에너지설루션 등이 있다. 양극재는 구성 비율도 가장 크고, 생산원가에서 차지하는 비율도 높아서 중요하다. 

2. 음극재

 

 

- 음극재는 양극재에서 받은 리튬 이온을 방출함으로써 전류가 흐르게 해서 전기를 만들어 낸다. 현재 음극재의 90%는 흑연으로 구성된다. 흑연은 양극재에서 넘어온 리튬 이온을 처음에는 많이 저장할 수 있는데, 충/방전을 계속하면 흑연 구조가 변해 수명이 감소하게 된다. 

 

음극재는 배터리의 수명을 결정한다. 음극재 대표 기업으로는 포스코케미칼, 대주전자재료 등이 있다. 이 중 포스코케미컬 만이 양극재, 음극재를 다 생산한다. 그래서 주가가 엄청 상승했다. 

 

 

- 음극재에 실리콘 첨가제를 넣어서 배터리 밀도를 높이면 배터리의 충전 속도가 빨라지게 된다. 그래서 음극재 기업들은 충전 속도를 높이기 위해 흑연에 실리콘을 몇% 넣을지에 대한 연구를 많이 한다. 음극재에 5% 정도의 실리콘이 혼합되는데, 이것을 10% 이상으로 높이는 연구가 시행되고 있다. 

 

실리콘 비중을 무한정 높일 수가 없는 이유는 스웰링이라고 부르는 배터리가 부풀어 오르는 부작용이 발생하기 때문이다. 예전에 핸드폰 배터리가 부풀어 올라서 문제가 되었던 경우도 있다. 그런 이유라고 생각하면 된다. 그래서 스웰링이 생기지 않는 안정적인 실리콘 비율을 찾으면서 충전 속도를 개선하기 위해 노력 중인 것이다. 

3. 전해액

- 전해질은 양극과 음극 사이에서 리튬 이온이 원활하게 이동하도록 돕는 매개체다. 쉽게 말해, 배터리의 혈액 같은 역할이라고 할 수 있다. 전해질에 금속성 불순물이나 수분 등이 함유되어 전해질의 순도가 떨어지면 화재 폭발의 가능성이 높아진다.

 

전해액은 인화성 물질이고, 쉽게 변질되는 물질이라서 배터리 제조사들은 전해액이 입고되면 배터리에 바로 주입해서 재고가 쌓이지 않도록 한다. 화재 위험으로부터 안전하게 보호하기 위한 것이다. 전해질은 배터리의 안정성과 관계가 있다. 

 

 

- 전해액은 리튬염, 첨가제, 유기용매로 구성된다. 구성비는 용매 80%, 리튬염 15%, 첨가제 5%이지만 원가 비중으로는 용매 30%, 리튬염 35%, 첨가제 35%로 구성된다. 이 말은 첨가제가 고부가 소재이고, 그만큼 중요한 역할을 한다는 것이다. 전해질에 첨가제를 섞으면 배터리 수명이 증가하고 셀의 효율성이 높아질 뿐만 아니라

 

배터리의 안전성이 높아진다. 그래서 최근에는 무조건 첨가제를 넣고 있다. 전해액 대표 기업으로는 후성, 솔브레인, 동화기업, 엔켐 등이 있다. 첨가제 대표 기업으로는 천보, 동화기업, 켐트로스, 덕산테코피아 등이 있다. 

4. 분리막

 

 

- 분리막은 양극과 음극이 직접적으로 접촉하지 않도록 분리하는 역할을 한다. 분리막이 제 역할을 하지 못하면 양극과 음극이 만나 배터리가 폭발하게 되어 아주 위험하다. 그래서 최근에는 분리막에 코팅 처리를 해서 안정성을 높이는 기술이 중요하게 사용되고 있다. 

 

분리막은 배터리의 안정성과 관련이 있다. 분리막 대표기업은 SKIET(독보적)이다. 그리고 얇게 구리로 만든 동박과 알루미늄으로 만든 알박도 필요하다. 양극을 감싸는 것이 일박이고, 음극을 감싸는 것이 동박이다. 동박 대표 기업은 SK넥실리스, 일진머티리얼즈, 솔루스첨단소재, 고려아연이 있다. 

 

맨발은 DI동일, 조일알루미늄, 삼아알루미늄, 동원시스템즈 등이 있다. 

전고체 배터리 란?

 

 

- 전고체 배터리는 전기를 흐르게 하는 배터리 양극과 음극 사이의 전해질이 액체가 아닌 고체로 된 차세대 2차 전지를 말한다. 현재 가장 많이 사용되는 2차 전지인 리튬 이온 배터리는 액체 전해질로, 에너지 효율이 좋지만, 전해질이 가연성 액체이기 때문에 화재에 대한 위험성이 높다. 

 

반면, 전고체 배터리는 전해질이 고체이기 때문에 충격에 의한 누액 위험이 없고, 인화성 물질이 포함되지 않아 발화 가능성이 낮아서 상대적으로 안전하다. 또 전고체 배터리는 액체 전해질보다 에너지 밀도가 높으며, 충전 시간도 리튬 이온 배터리보다 짧고, 대용량이 구현이 가능해 정말 충전할 경우, 전기차의 최대 주행 거리를 800km로 늘릴 수 있다. 

 

그래서 삼성을 비롯한 수많은 배터리셀 기업들이 전고체 배터리 개발에 사활을 걸고 있는 것이다. . 아마도 멀지 않은 시기에 전고체 배터리가 상용화될 것이다. 단, 절대 잊지 말아야 할 것은 전고체 배터리가 나오면 음극과 양극을 분리해 주지 않아도 되기 때문에 분리막이 더 이상 필요하지 않게 된다. 

 

분리막 기업들의 성장에는 언젠가 한계가 올 것이라 2차전지 투자 시 꼭 고려해야 한다.  

 

 

 

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