지난 시간, 전기차 배터리의 양극재 소재로 주목받고 있는 리튬의 종류와 그 차이점에 대해 자세히 알아보았는데요. 이번 시간에는 왜 수산화리튬이 고용량 배터리 제조에 사용되는지 그 이유를 자세히 살펴보겠습니다.
Q. 리튬이온배터리 제조에 수산화리튬은 왜 필요한가요?
리튬이온배터리는 <양극재, 음극재, 전해액, 분리막> 4대 요소로 구성되며, 리튬이온이 양극재와 음극재 사이를 이동하는 화학적 반응을 통해 전기를 만들어 냅니다.
여기서 리튬은 전자를 잃고 양이온이 되려는 경향이 강해 양극 소재로 적합하고, 양극재는 리튬을 포함한 화합물로 구성되어 있습니다.
양극재가 배터리 성능에서 중요한 역할을 하는 이유는 배터리의 용량과 평균 전압을 결정하기 때문입니다. 양극재에서 리튬의 비중이 높을수록 배터리의 용량이 커지며, 배터리 전압은 양극의 전위차에 의해 결정되므로 양극의 구조에 따른 전위 값은 전압에 큰 영향을 줍니다.
그렇다면 양극재는 어떻게 만들어지는 것일까요? 양극재를 만들기 위해서는 먼저 ‘전구체’가 필요합니다. 전구체란, 어떤 화학반응을 통해 A라는 물질을 만들 때 최종 물질인 A가 되기 바로 이전 단계의 물질을 일컫는 용어인데요. 배터리에서 전구체는 양극재의 원료가 되는 물질을 가리키며, 대표적으로 니켈, 코발트, 망가니즈 등이 있습니다. 이 원재료들을 섞어 전구체 화합물을 만들고, 여기에 리튬을 배합하는 것이죠. 추가로 도전재와 바인더 등의 첨가물을 더하면 최종적으로 양극재가 만들어집니다.
Q. 수산화리튬은 왜 고용량 배터리에 사용되나요?
리튬이온배터리 제조에 사용되는 리튬 화합물은 크게 탄산리튬과 수산화리튬으로 나뉩니다.
‘탄산리튬’은 주로 인산철을 양극재로 하는 LFP 배터리나 가전 또는 IT기기용 배터리 제조에 활용되고, ‘수산화리튬’은 하이니켈 배터리와 같은 고용량 배터리 제조에 사용되는데요.
특히, 수산화리튬이 고용량 배터리 제조에 사용되는 이유는 니켈과의 합성이 쉽기 때문입니다. 니켈은 높은 온도에서는 리튬과 합성이 원활하지 않습니다. 그래서 탄산리튬보다 녹는 온도가 낮은 수산화리튬이 사용되는 것이죠.
Q. 수산화리튬 시장의 전망은 어떻게 될까요?
BloombergNEF(2022) 자료에 의하면, 수산화리튬의 수요는 2026년에 곧 탄산리튬의 수요를 앞지를 것으로 보입니다. 전기차에 적용되는 하이니켈 배터리뿐 아니라 고성능 배터리 수요의 폭발적 증가가 예상되기 때문입니다. 이러한 추세로 2030년에는, 2020년 대비 10배 이상 큰 폭으로 수산화리튬의 수요가 증가할 전망입니다.
이로 인해 관련 기업들의 수산화리튬 확보 경쟁도 더욱 치열해질 것으로 예상됩니다. LG에너지솔루션은 이에 선제적으로 대응하고자 글로벌 우수 업체와 수산화리튬 공급 협약을 맺는 등 안정적인 리튬 공급망 구축에 힘쓰고 있습니다.