Lithium-ion battery 주요 리튬 배터리의 종류

■ 리튬배터리(Lithium-ion battery)는 다양한 종류가 있으며, 각각의 종류는 특정 용도와 요구 사항에 맞게 설계되었습니다. 여기에는 주로 사용되는 아래와 같은 몇 가지 리튬배터리 종류가 있습니다

• 리튬 코발트 배터리 (LCO)
  리튬 코발트 배터리(LCO)는 최초로 개발된 리튬이온 배터리이다. 가격이 비싼 코발트를 주로 사용한다. 일본의 소니, 파나소닉등의 업체들이 개발했다. 리튬이온 배터리에서 산화 및 환원 반응을 일으키는 원소는 리튬이 아니라 코발트(27Co)이다. 코발트(27Co, cobalt)는 배터리의 안정성을 높여주는 필수 원소이다. (LixCoO2). :*코발트는 가격이 비싸고(1톤당 3,500~4,000만원), 전 세계 생산량의 60% 이상을 담당하는 아프리카 콩고민주공화국에서 내전이 발생하여 공급이 불안정하며, 코발트 광산의 아동노동 문제로 논란이 되고 있다.
• 리튬 하이니켈 배터리
  리튬 하이니켈 배터리(NCM, NCA)는 가격이 비싼 코발트 대신 니켈을 주로 사용하는 배터리이다. 대한민국의 엘지에너지솔루션, 삼성SDI, 에스케이온㈜(SK on) 등이 개발했다. 리튬 하이니켈 배터리는 가격이 비싼 코발트 대신 상대적으로 가격이 저렴하면서도 성능은 뛰어난 니켈(nickel)을 사용하는 하이니켈(high nickel) 배터리이다. 니켈은 주로 코발트와 함께 생산되는데, 가격이 1톤당 1,500~1,700만원 정도로 상대적으로 낮은 편이다.
  
  NCM 배터리 = 니켈 + 코발트 + 망가니즈를 사용하는 3원계 배터리이다. 분자식은 LiNiMnCoO2 이다. 'NMC 배터리'라고도 한다.
  니켈 함량을 높인 다양한 비율의 하이니켈 배터리를 사용한다.( NCM523, NCM622, NCM712, NCM811, NCM9½½ 등)
  알루미늄(13Al)을 사용한 NCA 및 NCMA 배터리가 확산되고 있다.
  - NCA (3원계) : 니켈 + 코발트 + 알루미늄 (LiNiCoAlO2)
  - NCMA (4원계) : 니켈 + 코발트 + 망가니즈 + 알루미늄
• 리튬 인산철 배터리
  리튬 인산철 배터리(LFP)는 가격이 비싼 코발트나 니켈 대신 가격이 아주 저렴한 인산철을 사용한 배터리이다. 에너지 밀도가 낮은 문제가 있으나, 화재가 발생하지 않고 경제성이 높다는 장점이 있다. 중국의 CATL, 비야디(BYD) 등은 가격이 비싼 코발트나 니켈 대신 리튬과 인산철을 사용하는 '코발트 제로' 배터리를 생산하고 있다.
  
  LFP 배터리 = 리튬 + 철 + 인산염을 사용하는 배터리 (LiFePO4)
  가격은 저렴하지만 에너지 밀도가 낮고 무거운 단점이 있다.

■ 장.담점

 

• 장점 : 리튬이온 배터리는 크기와 두께를 작고 가늘게 만들 수 있으며, 고밀도로 에너지를 저장할 수 있고, 고전압까지 가능하다는 장점이 있다. 축전지의 최고 기술로 평가받고 있다. 사용하지 않을 때에도 자가방전이 일어나는 정도가 작기에 활용도가 높아 여러 휴대용 전자기기에 많이 사용되고 있다. 에너지의 밀도가 높아 방산업이나 자동화시스템, 항공산업 분야에서도 점점 사용 빈도가 증가하는 추세이다.
• 단점 : 다른 전지에 비해 안정성이 떨어지는 편이라 과방전 시 용량 감소가 매우 크고, 과충전 시에는 매우 불안정해져서 내부 전극에서 쇼트가 나거나 축전지에 충격을 주면 폭발할 수 있다. 즉, 리튬이온 배터리는 폭발 위험이라는 치명적인 단점이 있다.
  
  

■ 관련 기업

• 해외: 파나소닉, CATL, 테슬라
• 국내: 엘지화학, 엘지에너지솔루션, 삼성SDI, SK이노베이

해외 리튬이온배터리 시장은 전기차 및 대용량 ESS용 중대형 배터리 위주로 시장 수요가 급증하는 추세로 한국, 중국, 일본, 미국의 주요 배터리 업체가 주도 중이며 전기차 탑 재 주도권을 위한 경쟁이 과열되고 있는 상황이다.

리튬이온 배터리 주요업체 동향기업명개발/사업화 현황

CATL(중국)	◇ Tesla, Mercedez-Benz, Audi, Volvo 등에 전기차 배터리 납품 ◇ 세계 배터리 시장 28% 점유 ◇ LPF 기반 양극재를 이용해 누적 주행거리 200만 km(16년) 까지 연장
파나소닉(일본)	◇ Tesla에 원통형 배터리 공급하며 전기차용 2차전지 세계 시장 점유율 1위 ◇ Tesla와 함께 기가 팩토리 증설로 2021년 생산능력 35GWh 달성 예상
테슬라(미국)	◇ 2021년 전기차 생산 100만대 목표로 대형 배터리 업체와 협력 중 ◇ Panasonic과 협력하여 모델3용 배터리 생산 중 ◇ 배터리 업체 Maxwell 인수로 자체 기술 연구 및 대량 생산 시스템 구축
엘지화학(한국)	◇ 업계 유일 화학 기반 업체로 세계 두 번째로 리튬이온배터리 양산 성공 ◇ 세계 최초 원통형 리튬이온배터리 양산 성공 ◇ 배터리 업체 유일 하이브리드 및 순수 전기차 배터리 생산 가능 ◇ Lamination & Stacking 제조 기술을 적용한 고용량/초슬림 배터리 구현 ◇ 세라믹 소재 안전성 강화 분리막(SRSTM) 적용 배터리 안정성 향상
삼성SDI(한국)	◇ 70억 개 이상의 셀을 판매한 16년 이상의 리튬이온배터리 양산 경험 보유 ◇ 1회 충전 시 주행거리 620km의 SUV용 배터리 소재 개발 ◇ 업계 최고 수준 안정 장치를 내제한 모듈화가 용이한 각형 배터리 생산
SK이노베이션(한국)	◇ 업계 최초 고에너지 밀도 삼원계 소재 적용 리튬이온배터리 양산 성공 ◇ 현대자동차, 폭스바겐, 베이징자동차 등 배터리 공급 계약 체결 ◇ 고품질 및 고강도 습식 분리막 적용 안정성, 내열성 및 수명 향상 ◇ 파우치(Pouch) 셀 기술 기반 배터리 셀 설계 및 구현 가능
*출처: 업계현황자료 종합, NICE평가정보 재가공

이 외에도 다른 리튬배터리 종류들이 있으며, 연구 및 개발이 계속되고 있어 새로운 종류의 리튬배터리가 개발중입니다.