리튬이온배터리를 구성하는 4대 소재 중 하나인 양극재는 배터리 사업의 경쟁력을 결정짓는 핵심 소재이기도 합니다. 양극재는 여러 원자재를 조합해서 만들기 때문에 다양한 종류가 있는 것은 물론 각기 다른 구조를 띠고 있습니다. 양극재는 어떤 구조로 구분되는지, 인포그래픽을 통해 알아보겠습니다.
양극재를 구성하는 물질인 양극 활물질은 리튬, 산소, 여러 금속 원소 등을 조합하여 만들어지는데요. 양극재는 구조에 따라 크게 층상(Layered), 스피넬(Spinel), 올리빈(Olivine) 구조로 나눌 수 있습니다.
먼저 층상(Layered) 구조는 산소로 만들어진 팔면체 구성 층들이 규칙적으로 쌓여있는 구조입니다. 넓고 평평한 층과 층 사이로 리튬이온을 많이 저장할 수 있죠. 또한 2차원 통로를 가지고 있어 층상 구조 내부에서는 높은 리튬 이온 확산 속도를 가집니다. 층상 구조를 가지고 있는 대표적인 양극재에는 LCO(리튬코발트산화물), NCM(LNCMO), NCA(LNCAO)가 있습니다.
스피넬(Spinel) 구조는 산화물에서 쉽게 볼 수 있는 구조인데요. 대표적인 양극재로는 LMO(리튬망간산화물)가 있습니다. 층상 구조가 2차원 통로를 가지고 있다면, 스피넬 구조는 3차원 통로를 가지고 있는데요. 이는 스피넬 구조가 대체로 사면체와 팔면체로 구성된 입체적 형태의 격자 구조로 구성되어 있기 때문입니다. 이러한 구조적 특성으로, 스피넬 구조는 안정성이 높으며, 다양한 통로를 통해 리튬이온 삽입이 가능하여 출력이 우수합니다.
마지막으로 올리빈(Olivine) 구조는 육면체 형태로, P-O(인-산소)가 강력히 결합되어 있어 리튬이온이 모두 빠져나가도 구조를 유지할 수 있기 때문에 높은 안정성을 가지고 있습니다. 올리빈 구조를 갖추고 있는 양극재로는 LFP(리튬인산철)을 꼽을 수 있습니다.
양극재를 구성하는 물질도 다양하지만, 구조에 따라 각기 다른 특징을 가지고 있다는 사실을 인포그래픽을 통해 알아보았습니다. 다음 시간에도 인포그래픽을 통해 배터리에 대한 지식들을 알기 쉽게 설명드릴게요!