2차 전지 4대 핵심 물질인 양극재·음극재·전해액·분리막이 무엇인지, 이들 물질은 어떤 기업에서 제조하는지 알아보겠습니다.
2차 전지 관련주의 주가는 연초 이후 큰 폭으로 상승했다가 최근 20~30% 하락 조정 받았습니다. 대다수 주식 전문가들은 향후 전기차용 배터리 시장은 지속적으로 성장할 것으로 예상하고 있습니다. 가격 조정이 될 때 매수하는 전략은 유효해 보입니다.
개별 관련주에 관한 정보는 검색만 해도 관련 글이 쏟아지므로 이 글에서는 2차 전지 4대 핵심 물질이 하는 역할을 파악해서 관련 기업을 이해하는데 도움이 되기를 기대합니다.
그럼 본론으로 들어갑니다.
2차 전지(secondary battery), 충전식 배터리(rechargeable battery), 축전지(storage battery)는 일회용 또는 1차 배터리와 달리 충전, 방전 및 여러 번 재충전할 수 있는 일종의 전기 배터리입니다.
2차 전지는 여러 가지 전극 재료와 전해질 조합으로 다양한 모양과 크기로 생산됩니다.
충전과 방전
충전 시 양극활물질은 산화되어 전자를 생성하고 음극활물질은 환원되어 전자를 소모합니다. 이러한 전자는 외부 회로의 전류 흐름을 구성합니다. 전해액은 리튬-이온 및 니켈-카드뮴 셀에서와 같이 전극 사이의 내부 이온 흐름에 대한 간단한 버퍼 역할을 하거나 납산 셀에서와 같이 전기화학반응에 능동적으로 참여할 수 있습니다.
리튬 이온 2차 전지
리튬 이온 배터리는 에너지를 저장하기 위해 리튬 이온의 가역적* 환원을 사용하는 충전식 배터리 유형입니다. 기존 리튬 이온 전지의 음극은 일반적으로 탄소로 만든 흑연입니다. 양극은 일반적으로 금속 산화물입니다.
전해질은 일반적으로 유기 용매인 리튬 염입니다.
가역적*(可逆的): 물질의 상태가 한번 바뀐 다음에 본래의 상태로 돌아갈 수 있는 것.
리튬 2차전지는 방전 시 리튬이온을 저장하는 양극재와 충전할 때 리튬이온을 받아들이는 음극재, 양극재와 음극재 사이에서 리튬이온이 이동할 수 있도록 해주는 전해액, 양극과 음극이 직접 접촉하지 않도록 분리해 주는 분리막 등 4대 핵심소재로 구성됩니다.
응용분야
전기 자동차, 노트북 PC, 모바일폰, 전기 지게차, 골프 카트, 전동 휠체어, 전기 자전거, ESS(Energy Storage System) 등 범위가 확대되고 있습니다. 최근 하이브리드 내연 배터리 및 전기 자동차의 수요가 급증하면서 비용, 무게, 크기는 줄이고 수명을 늘리는 기술이 배터리 시장을 주도하고 있습니다.
2차 전지 4대 핵심 물질
1. 양극재(Cathode Materials)
2차 전지의 용량과 출력 등을 결정하는 주요 물질입니다. 배터리 생산원가의 약 40%를 차지해 배터리 산업에서 차지하는 비중이 큽니다.
양극재는 양극활물질이라고도 부르며, 배터리의 성능을 결정합니다. 에너지 밀도를 끌어올리기 위해서는 양극활물질의 에너지 밀도를 최대로 높여야 하는데배터리로서 적합한 성능을 내는 양극활물질로는 니켈(Ni), 망간(Mn), 코발트(Co), 알루미늄(Al) 등을 꼽을 수 있으며 니켈은 고용량 특성, 망간과 코발트는 안전성, 알루미늄은 출력 특성을 향상하는 역할을 합니다.
양극재는 이들 물질을 적당한 비율로 혼합하여 만드는데, 크게 NCM(Nickel Cobalt Manganese)과 NCA(Nickel Cobalt Aluminum) 두 종류의 양극재가 시장을 주도하고 있습니다.
양극재 제조 기술의 핵심은 배터리 용량은 높이고 안정성을 확보하는 것입니다. 배터리 용량은 니켈 함량에 비례하지만 너무 높으면 안정성이 떨어집니다.
✜ 삼원계와 LFP
- 삼원계: 니켈·코발트·망간 등 세가지 물질을 혼합하여 만든 양극재
- LFP: 리튬인산철을 사용하여 만든 양극재
【 생산 기업 】
삼원계:
- 국내: 에코프로, 포스코퓨처엠, LG화학
- 벨기에: 유미코아(Umicore)
- 중국: XTC, 론바이(Ronbay)
LFP:
- 중국: 유능(Yuneng), 다이나노믹(Dynanomic), 꿔슈안(Guoxuan), BTR, 로팔(Lopal)
2. 음극재(Anode Materials)
2차 전지 충전 때 양극에서 나오는 리튬이온을 음극에 저장했다가 방출하면서 외부회로를 통해 전류를 흐르게 하는 소재이며, 음극활물질이라고도 부릅니다.
음극재의 재료로는 흑연 등의 탄소 물질을 가장 많이 사용합니다.
【 생산 기업 】
- 한국: 포스코퓨처엠
- 중국: BTR, 즈천(Zichen), 샨샨(Shan Shan), 카이진(Kaijin)
- 일본: 미쓰비시(Mistsubishi)
3. 리튬이온 2차 전지 전해액
전해액은 이온의 이동을 통해 전기적으로 전도되지만 전자는 전도 되지 않는 이온을 포함하는 매개체입니다. 여기에는 물과 같은 극성 용매에 용해된 대부분의 용해성 염, 산 및 염기*가 포함됩니다. 용해된 물질은 양이온과 음이온으로 분리되어 용매 전체에 균일하게 분산됩니다. 고체 전해질도 존재합니다.
전기적으로 이러한 솔루션은 중립적입니다. 이러한 용액에 전위를 가하면 용액의 양이온은 전자가 풍부한 전극으로 끌어당겨지고 음이온은 전자가 부족한 전극으로 끌어당겨집니다.
용액 내에서 반대 방향으로의 음이온과 양이온의 움직임은 전류에 해당합니다.
염기*(鹽基): [화학] 산과 반응하여 염을 만드는 물질. 물에 녹으면 하이드록시 이온을 냅니다. 암모니아수, 잿물 따위가 있다.
리튬이온 2차 전지의 핵심 소재 중 하나인 전해액은 양극과 음극 사이에서 리튬이온이 움직일 수 있게 하는 매개체입니다. 비수계 전해액은 고유전율·저점도의 유기용매, 리튬염, 첨가제로 구성됩니다.
【 생산 기업 】
- 한국: 솔브레인, 엔켐, LG화학
- 중국: 톈츠(Tinci), 캡켐(Capchem), 꿔타이화롱(Guotai-Huarong), 샨샨(Shan Shan), BYD
- 일본: MU아이오닉(MU Ionic-solution), 센트럴 글래스(Centrol Glass)
4. 리튬이온 2차 전지 분리막
2차 전지에서 양극과 음극의 접촉을 차단해 전극간 전기 접촉을 막음으로써 안정성을 높이는 미세 필름입니다. 분리막에는 LiBS(Lithium-ion Battery Separator)와 세라믹코팅분리막(CSS)이 있으며, 세라믹코팅분리막(CSS)은 기존 LiBS의 단면이나 양면에 혼합무기물층을 보강한 것으로 SK이노베이션(SKIET 모회사)에서 2011년 개발했습니다.
【 생산 기업 】
- 한국: SK아이이테크놀로지(SKIET)
- 일본: 아사이카세이(Asahi Kasei), 도레이(Toray)
- 중국: 상해에너지(SEMCORP), 시니어(Senior), 시노마(Sinoma)
이 글을 마치며,
2차 전지 4대 핵심 물질인 양극재·음극재·전해액·분리막이 무엇인지, 이들 물질은 어떤 기업에서 제조하는지 알아보았습니다.
우리나라의 주력 산업으로 반도체를 이어 갈 2차 전지 산업에 관심을 가져볼 시점이라고 생각합니다. 물론 늦은 감이 있으나 향후 성장성을 바라볼 때 결코 늦지 않았다고 판단됩니다. 앞에서도 한 줄 언급했듯이 추격 매수가 아닌 가격 조정이 있을 때 관련 기업의 성장성과 실적을 따져보고 투자해도 늦지 않다고 봅니다. 향후 관련 기업에 대한 투자 정보를 업데이할 예정입니다.
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