Update2024.05.09 (목)
리튬이차전지 양극소재용 전구체 제조 공침기술
■ 기술의 개요
최근 이차전지 산업 분야 중 가장 크게 성장하고 있는 리튬이온전지에 사용되는 양극소재 제조에 사용되는 전구체 제조 기술이다.
양극소재는 리튬이온전지 재료비중 30% 이상을 차지하는 핵심소재로 향후 전지시장 성장과 더불어 소재 부분에서 가장 큰 수혜를 얻을 분야다.
다양한 양극소재 중 다원계 전이금속을 적용한 층상구조의 소재가 가격과 성능을 동시에 만족시킴에 따라 최근 수년간 급성장 하는 분야로 주목 받고 있다.
두 가지 종류 이상의 전이금속을 사용하므로 열처리 시 균일한 분포와 접촉의 유지가 필수적이며 기존의 고상 혼합으로는 이와 같은 성능을 만족시키기 어렵다.
전이금속 용액의 pH를 조절해 동시에 결정화(공침) 시키는 전구체 제조 공침 기술은 결정의 균일성이 우수할 뿐 아니라 결정의 크기까지 조절 가능하므로 다원계 산화물 전구체 제조에 사용되는 대표적인 공정 기술이다.
■ 기술의 현황
니켈, 망간, 코발트 삼원계 전이금속 용액에 암모니아수와 수산화나트륨 첨가를 통한 pH 조절로 균일한 전구체를 제조하는 공정 조건을 확보했다.
전구체 조성별 반응온도, 시간, RPM, pH 등의 공정조건 제어를 통해 기존 선진 업체의 전구체 대비 동등 수준의 연속공정 확보하고, 확보된 공정 조건에서 제조된 전구체를 이용해 소성한 완제품의 특성이 기존 생산품 대비 동등이상 수준이다.
소형 모바일 IT용 뿐 아니라 전기자동차(xEV) 및 전력저장용 시설 등과 같은 중대형 리튬이온전지용 소재로서도 우수한 성능을 발현해, 국내 양극소재 산업기반을 더욱 든든히 하는데 기여할 것으로 기대 된다.
■ 기술의 장점 (경쟁기술과의 차별성)
연구원이 보유하고 있는 공침 기술은 범용 기술이나 두 가지 종류 이상의 전이금속으로 이루어진 리튬이차전지 양극소재용 전구체 제조에 특화 돼있다.
공침 공정은 기존의 고상 혼합 및 소성 방법 대비 균일한 혼합과 접촉을 보장 할 수 있어 복잡한 조성을 가지는 물질 합성에 탁월한 효과를 보인다.
■ 활용범위 및 응용분야
리튬이차전지 양극소재용 전구체 제조에 활용할 수 있으며, 기존 상용화 소재 뿐 아니라 다양한 조성을 가지는 소재 개발에 효과적인 기술이다.
리튬이차전지 양극소재 뿐 아니라 다양한 밀도, 사이즈, 조성 등을 요구하는 소재 합성의 전구체 개발에 활용할 수 있다.
■ 시장동향 및 전망
급속히 성장하고 있는 리튬이온전지 산업의 핵심 부품인 양극소재는 향후 동 산업의 영역이 모바일 IT 분야에서 전기차, 전력저장시설 등으로 확장돼짐에 따라 시장이 동반해 성장할 것으로 예상된다.
현재 보편적으로 사용되고 있는 양극소재 중 다원계 양극재가 차지하는 비중이 25% 이상이며, 2015년경에는 가장 대표적인 양극소재인 LCO 생산량을 추월 할 것으로 전망한다.
이와같이 다원계 양극재 시장이 성장하면 이를 제조하기 위해 사용되는 전구체의 수요도 비례해서 늘어날 것으로 예상된다.
■ 지식재산권 현황 및 기술이전 내용
◇기술이전 내용 및 방법
*용어설명
- LCO(리튬코발트산화물) : 화학식 LiCoO2. 층상구조를 가지고 있고 전류를 통하면 충전과 방전 과정에서 산화환원 반응을 하는 물질이다. 장점으로는 아주 오래전부터 리튬이온 배터리에 사용된 물질로 이미 오래전부터 연구돼 왔고 또한 현재 배터리 시장 대부분을 차지하고있는 물질이다.
- LFP(리튬철인산염) : 화학식 LiFePO4. 리튬인산철의 영문명 Lithium iron phosphate 로써 철의 분자구조가 Fe 이기 때문에 Iron의 I를 쓰지 않고 LFP라는 명칭을 관용적으로 쓴다. LFP는 그 구조상 LCO와 다르게 리튬이온이 빠져나가도 결정구조가 열화되는 현상이 적기 때문에 수명이 아주 긴 것이 특징임. 또한 구조적 안정성 때문에 리튬이온배터리로 제작하였을 때 안전성이 높다.
- LMO(리튬망간산화물) : 화학식 LiMn2O4. 망간의 매장량이 풍부해 가격이 낮고, 리튬이 모두 환원 돼도 MnO2를 유지하는 구조적인 장점 때문에 발열이 거의 없으며, 작동전압이 높은 것이 장점이다. 반면 밀도가 낮아 부피당 용량에 취약하고 온도에 따른 용량감소가 단점이다.
