같은 리튬이온 배터리...삼원계·LFP 무슨 차이?

 

테슬라에서 LFP 계열의 배터리로 사용하겠다고 발표하는 바람에 배터리업계가 새로운 물결을 걷는 것일까요?

도대체 기존 삼원계와 LFP의 배터리는 무슨 차이인지 알아보는게 좋을꺼 같아요.

 

그전에 배터리 구성이 어떻게 되는지 확인해보고 알아보는게 좋겠죠?

우선 배터리는 아래그림처럼 양극재(전구체), 음극재, 분리막, 전해질로 이루어진 리튬이온전지라고 합니다.

특히 전구체은 양극재를 만들기 위한 것으로 대부분 중국에서 수입을 해오네요.

전구체를 코팅해서 사용하는게 양극제 / 전구체 양극제 둘다 관할 하는 업체가 에코프로지이엠(상장할꺼라는데), JH케미칼(엘앤에프 자회사)등이 속하죠.

그만큼 전구체에 대한 수요도 앞으로 높아지기 때문에 중요하죠.

더구나 전구체만을 중심으로 판매하는 기업 이엔드디라는 기업은 헝가리에 공장을 증설해서 2022년부터 더욱 전구체 기업으로 올라설 것으로 기대되어지네요.

 

전구체(Precursor-CAM, 이하 P-CAM)와 양극재 간의 가장 큰 차이는 리튬이 들어 가기 전인가 혹은 후인가에서 발생하죠.

다시말해, 양극재의 생산과정은 아래와 같이 앞 단에서 주요 메탈을 섞고 배합해 전구체를 합성시키죠.

그 다음 전구체에 리튬(Li)과 접착제 등을 섞고 이를 고온에서 합치는 열처리 공정을 거치게 되죠.

마지막으로 제품을 세척하고, 여타 불필요한 화학 반응을 억제하 는 코팅 과정을 거쳐 양극재가 생성된답니다.

(전구체 개념은 어떤 물질의 선행하는 물질을 의미하는 것이다. 그래서 반도체/바이오 산업 등에서도 쓰인다고 하네요.)

 

잠시 리튬이온과 전고체전지에 대한 간단 비교도 알아보고 가는것이 좋겠죠?

아래그림과 같이 구성 비교를 참고하세요.

전고체에서는 고체전해질이 분리막 역할을 동시에 한다는것을 알아두고 가는 것도 좋겠네요.

 

그럼 삼원계와 LFP은 무슨차이일지 아래 기사를 참고해 보시길 바랍니다.

 

 

[퍼옴]

둘다 리튬 기반...추가된 양극활물질 따라 분류 삼원계, 에너지 효율 높지만 코발트·니켈 가격 비싸 LFP, 생산단가 낮지만 무겁고 효율 낮아

 

국내 배터리3사를 중심으로 한 K-배터리의 성장세가 거센 가운데 삼원계와 리튬인산철(LFP) 배터리의 주도권 경쟁이 치열하다. 차세대 전고체 배터리 상용화 전까지 대세는 삼원계가 될 거란 전망이 높았지만, 세계 1위 전기차업체인 테슬라가 리튬인산철에 주목하기 시작하면서 변화가 감지된다.

 

국내업체가 주력 생산하는 삼원계 배터리와 중국에서 거의 생산되는 리튬인산철(LFP) 배터리 모두 기본적으로 리튬을 기반으로 만들어진 ‘리튬이온 배터리’다. 그런데 리튬 이외 어떤 양극활물질을 쓰는지에 따라 나뉜다.

 

삼원계 배터리는 리튬(Li)을 기반으로 세 가지 활물질을 양극재 소재로 쓴 배터리를 말한다. 배터리 관련 자료를 보면 NCM, NCA 등과 같은 표기를 볼 수 있는데 쓰인 소재의 원소기호 앞 글자를 따서 명명했다. NCM 배터리는 니켈(Ni)·코발트(Co)·망간(Mn)을, NCA는 니켈(Ni)·코발트(Co)·알루미늄(Al)을 활물질로 쓴 배터리다.

 

LG에너지솔루션은 올해 ‘인터배터리 2021’에서 NCMA 배터리를 선보이기도 했는데 이는 네 가지 활물질을 쓴 사원계 배터리다. 기존 NCM 배터리에서 코발트 함유를 줄이고, 알루미늄(Al)을 덧붙인 구조다.

 

리튬인산철(LFP) 배터리는 리튬 기반이지만 코발트를 쓰지 않고 대신 철(Fe)을 사용한다. 리튬(Li)과 철(Fe), 인산(P)을 주재료로 해 일명 LFP 배터리로 불린다.

최근 리튬인산철(LFP)이 특히 주목받은 이유는 낮은 가격 때문이다. 리튬인산철은 희귀 금속인 코발트, 니켈 대신 철을 쓰는데 상대적으로 구하기 쉬워 배터리 생산단가를 낮출 수 있다. 리튬인산철은 NCM 대비 약 30% 저렴한 걸로 업계는 보고 있다.

 

중국과 글로벌 배터리 시장을 양분하는 국내 배터리사들은 왜 삼원계를 주력으로 생산할까. 그건 에너지밀도 때문이다. 삼원계에 들어가는 물질들이 비싸긴 하지만 동일 면적 대비 높은 에너지 효율을 내고, 이는 주행거리 확보로 이어진다. 리튬인산철(LFP) 에너지 효율은 삼원계의 60~80% 수준이다.

 

이로 인해 두 배터리의 개발 방향은 정반대다. 삼원계는 높은 에너지 밀도를 기반으로 가격을 낮추려는 노력을 펼치는 반면, 리튬인산철은 낮은 가격을 유지하면서 에너지 효율을 높이는 데 집중하고 있다.

 

삼원계가 주력인 국내 배터리사들은 코발트 비중을 낮추고, 니켈 함량을 늘리는 ‘하이니켈 전략’을 구사한다. 삼성SDI는 9월 니켈 함량을 80~90%까지 늘린 ‘젠5’ 양산에 돌입했고, LG엔솔과 SK온도 각각 하이니켈 배터리인 ‘NCMA’, ‘NCM9’ 양산을 연내 시작한다.

 

리튬인산철 기반의 중국 배터리사들은 전기차에 더 많은 셀을 탑재해 짧은 주행거리를 극복하려는 움직임을 보이고 있다. 보통 배터리는 셀-모듈-팩 형태로 조립되는데 모듈을 없애고 셀에서 바로 팩 형태로 가는 셀투팩(CTP, Cell To Pack) 기술을 적용하면 공간을 덜 차지하면서 주행거리를 늘릴 수 있다. 중국 배터리업체인 BYD의 블레이드 배터리는 칼날(블레이드)처럼 얇고 긴 배터리 셀을 여러 개 넣어 배터리팩을 만드는 기술을 확보해 자사 차량에 적용하고 있다. 테슬라도 BYD와 블레이드 배터리 탑재를 논의 중으로 전해진다.

 

[출처 및 관련기사] 쿠키뉴스 / 황인성 기자

http://www.kukinews.com/newsView/kuk202110270256 

[눈에 쏙 배터리5] 같은 리튬이온 배터리...삼원계·LFP 무슨 차이?

 

https://moneys.mt.co.kr/news/mwView.php?no=2021102915328057612&outlink=1