유럽연합 집행위원회 마로시 셰프초비치 부위원장은 2025년까지 유럽연합이 빠르게 성장하는 전기차에 필요한 충분한 배터리를 생산할 수 있을 것이라고 밝혔습니다. 이를 통해 수입 배터리에 의존할 필요가 없어질 것입니다.
EU는 2050년까지 "기후 중립" 달성 계획의 일환으로 친환경 산업의 국내 생산 증대를 목표로 합니다. 여기에는 저탄소 철강 생산을 위한 수소 연료와 신에너지 자동차용 배터리가 포함됩니다.
현재 전 세계 리튬이온 배터리 생산량의 약 80%가 중국에 있습니다. 그러나 EU의 계획에 따라 유럽의 리튬이온 배터리 생산 능력은 빠르게 확대될 것입니다.
현재 유럽에는 15개의 대형 배터리 공장이 건설 중입니다. 여기에는 스웨덴 회사인 Northvolt의 스웨덴과 독일 공장, 중국 배터리 제조업체인 CATL의 독일 공장, 한국 회사인 SK이노베이션의 헝가리에 있는 두 번째 공장이 포함됩니다.
유럽 위원회는 2025년까지 유럽 도로에 저배출 자동차가 1,300만 대가 운행될 것으로 예상하고 있으며, 이에 따라 추가 투자가 필요할 것으로 보고 있습니다.
1. 음극재
리튬 코발트 산화물(LiCoO₂)
특징: 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 배터리에 더 많은 전기를 저장할 수 있습니다. 방전 플랫폼이 안정적이고 전압 출력이 비교적 일정하게 유지되어 사용 중 기기에 안정적인 전력 공급을 보장합니다. 예를 들어, 초기 스마트폰과 같은 3C 전자 제품에 널리 사용됩니다.
응용 시나리오: 리튬 이온 배터리는 주로 휴대폰이나 노트북과 같은 소형 전자기기에 사용됩니다. 그러나 코발트 자원의 부족, 높은 가격 변동, 그리고 특정 환경 및 안전 위험으로 인해 대규모 배터리 분야(예: 전기 자동차)에서의 사용은 제한적입니다.
리튬 니켈 망간 코발트 산화물(NMC, LiNiₓMnₓCo₁ – ₂ₓO₂)
특징: 니켈(Ni), 망간(Mn), 코발트(Co)의 비율을 조절하면 배터리의 에너지 밀도, 사이클 수명, 그리고 안전성의 균형을 맞출 수 있습니다. 예를 들어, 니켈 함량이 높을수록 에너지 밀도가 높아지고, 망간을 첨가하면 배터리의 안전성과 안정성이 향상됩니다.
응용 시나리오: 전기 자동차와 에너지 저장 시스템에 널리 사용됩니다. 예를 들어, 테슬라 모델 3와 같은 모델은 NMC 배터리를 사용하는데, 이는 전기 자동차의 장거리 주행 요건을 충족하는 동시에 배터리 안전성과 수명을 보장합니다.
리튬 철 인산염(LiFePO₄)
특징: 우수한 열 안정성을 제공하여 고온 환경에서 비교적 안전하고 열 폭주와 같은 위험한 상황 발생 가능성이 낮습니다. 또한, 사이클 수명이 길어 여러 번 충전하고 방전해도 용량 감소가 느립니다. 하지만 에너지 밀도가 상대적으로 낮아 같은 부피나 무게의 다른 양극재만큼 전기를 저장하지 못할 수 있습니다.
응용 시나리오: 높은 안전성과 긴 사이클 수명으로 인해 전기 버스나 에너지 저장 발전소처럼 이러한 특성이 요구되는 분야에 널리 사용됩니다. 예를 들어, BYD의 일부 전기 버스는 리튬 인산철 배터리를 사용하여 도시 대중교통에 안전하고 신뢰할 수 있는 에너지 솔루션을 제공합니다.
리튬 망간 산화물(LiMn₂O₄)
특징: 비용이 저렴하고 자원이 풍부하며 제조 공정이 비교적 간단하여 비용 효율적입니다. 또한 고속 충전 성능이 뛰어나 단시간에 큰 전류를 충방전할 수 있어 고속 충전이나 고출력이 필요한 환경에 적합합니다. 하지만 사이클 수명과 고온 성능이 상대적으로 낮습니다.
응용 시나리오: 전동 공구, 경량 전기 자동차 및 비용에 민감하고 배터리 속도 성능에 대한 특정 요구 사항이 있는 기타 장비에 일반적으로 사용됩니다.
2. 양극재
석묵
특징: 흑연은 천연 및 인공 흑연을 모두 포함합니다. 흑연은 전도성이 우수하고 층상 구조를 가지고 있어 리튬 이온의 효율적인 삽입 및 추출 경로를 제공하여 배터리의 충전 및 방전 과정을 원활하게 진행합니다. 또한, 흑연 재료는 화학적 안정성이 우수하여 배터리 작동 환경에서 비교적 안정적인 성능을 유지할 수 있습니다.
응용 시나리오: 흑연은 가장 널리 사용됩니다 양극 리튬이온 배터리에서 흔히 볼 수 있는 소재로, 휴대전화 배터리부터 전기자동차 배터리까지 다양한 종류의 리튬이온 배터리에 사용됩니다.
실리콘 기반 소재
특징: 실리콘은 이론 비용량이 매우 높습니다. 흑연보다 더 많은 리튬 이온을 저장할 수 있어 배터리의 에너지 밀도를 크게 향상시킵니다. 그러나 실리콘은 충방전 과정에서 부피 변화가 큽니다. 이로 인해 전극 재료의 분말화 및 탈락이 발생하여 배터리의 사이클 수명과 성능 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다.
응용 시나리오: 지속적인 기술 발전으로 고성능 리튬 이온 배터리에 실리콘 기반 소재를 적용하는 것이 주목을 받고 있습니다. 연구 기관과 기업들은 차세대 고에너지 밀도 배터리를 위한 실리콘-탄소 복합 음극 소재 개발에 박차를 가하고 있습니다. 이러한 소재는 미래 전기 자동차와 고급 전자 기기에 널리 사용될 것으로 예상됩니다.
티탄산리튬(Li₄Ti₅O₁₂)
특징: 티탄산리튬은 변형이 없는 소재입니다. 리튬 이온의 삽입 및 방출 과정에서 전극 소재의 부피가 거의 변하지 않아 우수한 사이클 수명과 여러 번의 충방전 사이클을 견딜 수 있습니다. 또한 안전성이 높고 율속 특성이 우수하여 빠른 충방전이 가능합니다. 하지만 에너지 밀도는 상대적으로 낮습니다.
응용 시나리오: 주로 에너지 저장 시스템 및 특수 전기 자동차와 같이 높은 배터리 수명과 안전성이 요구되는 애플리케이션에 사용됩니다.
3. 전해질
유기 탄산염
특징: 에틸렌 카보네이트(EC) 및 프로필렌 카보네이트(PC)와 같이 일반적으로 사용되는 유기 카보네이트입니다. 이러한 카보네이트는 용해도가 우수하고 리튬 염을 완전히 용해하여 전해질의 높은 이온 전도도를 보장합니다. 또한, 이러한 카보네이트는 전기화학적 안정성이 우수하며 배터리의 작동 전압 범위 내에서 안정적으로 유지됩니다. 또한 배터리 성능에 영향을 미치는 방식으로 분해되거나 반응하지 않습니다.
응용 시나리오: 유기 탄산염은 리튬 이온 배터리 전해질의 주요 구성 요소이며 다양한 유형의 리튬 이온 배터리에 널리 사용됩니다.
리튬염
특징: 육불화인산리튬(LiPF₆)은 가장 일반적으로 사용되는 리튬염입니다. 전해질에 리튬 이온을 공급하며, 적합한 유기 용매에서 우수한 이온 전도도를 보입니다. 그러나 습기에 민감하고 물에 노출되면 쉽게 분해되므로 배터리 생산 및 사용 과정에서 수분 함량을 신중하게 관리해야 합니다.
응용 시나리오: 전해질의 핵심 성분인 리튬염은 다양한 리튬 이온 배터리의 전해질을 제조하는 데 사용됩니다. 또한, 배터리의 정상적인 작동을 보장하는 데 필수적입니다.
4. 다이어프램 재료
폴리올레핀(예: 폴리에틸렌 PE, 폴리프로필렌 PP)
특징: 폴리올레핀은 우수한 기계적 물성을 가지고 있으며 배터리 내부 압력을 견딜 수 있습니다. 양극과 음극이 직접 접촉하여 단락을 유발하는 것을 방지합니다. 또한 전해질과의 습윤성이 우수하여 전해질이 분리막에 제대로 침투하고 리튬 이온이 이동할 수 있는 통로를 제공합니다. 또한, 폴리올레핀은 화학적 안정성이 우수하며 배터리 내 다른 물질과 반응하지 않습니다.
응용 시나리오: 폴리올레핀은 리튬 이온 배터리 분리막의 주요 소재입니다. 폴리올레핀은 다양한 리튬 이온 배터리 제품의 안전성과 성능을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.
