양극재의 부반응 문제
- 니켈 농도: 니켈 농도가 90%에 달하는 울트라하이니켈 양극재 입자가 존재함.
- 부반응의 발생: 높은 니켈 농도는 코발트 농도를 낮추게 하며, 이로 인해 충방전 과정 중 양극재를 파괴하는 부반응이 발생함.
- 안정성 문제: 부반응은 양극재 표면에서 발생하며, 이는 양극재의 안정성을 저하시킴.
- 결과: 에너지 밀도는 높지만 사이클 수명이 짧고 폭발 위험성이 증가하는 양극재가 생성됨.
양극재의 표면 코팅 한계
- 코팅의 필요성: 양극재 표면을 코팅하여 부반응을 최소화하려는 노력이 있음.
- 한계: 표면 코팅에 의존하는 양극재의 안정화는 한계에 직면하게 됨.
- 내부 파괴: 부반응은 양극재 입자 내부까지 확대되어, 결국 양극재를 파괴하게 됨.
- 결론: 표면 코팅만으로는 양극재의 안정성을 완전히 보장할 수 없음.
CAMX의 혁신적 제조 방법
- 고온 열처리: CAMX는 1차 입자들 사이의 경계면에 코발트와 알루미늄을 주입한 후 고온에서 열처리하는 방법을 도입함.
- 안정성 향상: 이 방법은 양극재 2차 입자 깊숙이 위치한 미세한 1차 입자 표면의 안정성을 높임.
- 전기화학적 안정성: 코발트와 알루미늄으로 코팅함으로써 양극재의 전기화학적 안정성을 향상시킴.
- 기술적 차별성: CAMX의 방법은 기존 공정과 비교하여 혁신적이며, 양극재의 성능을 크게 개선함.
기술적 장점과 적용 가능성
- 세척 공정 불필요: CAMX의 양극재 제조 방식은 양극재 세척 공정이 필요 없으므로 공정 시간이 단축됨.
- 내구성: 생성된 입자는 강한 압력에도 높은 내구성을 나타내며, 이는 고온고압을 견뎌야 하는 전고체 전지 제작에 적합함.
- 기술 확보: 대한민국의 SDI, LG화학, LNF 등 여러 기업이 CAMX의 특허 사용권을 확보함.
- 하이니켈 양극재: SDI는 이미 CAMX 기술을 사용하여 생산된 하이니클 양극재를 2차 존재에 적용하기 시작함.
단결정 양극재의 발전
- 양산 준비 완료: 최근 양극재 업체들은 단결정 양극재의 양산 준비를 완료했다고 발표함.
- 기술적 기대: 단결정 양극재는 기존 하이니켈 양극재의 문제를 해결할 수 있는 성배로 여겨짐.
- 내구성 필요성: 정보체 전지로 전환하기 위해서는 양극재의 고온고압 환경에 대한 내구성이 필수적임.
단결정 양극재의 문제점
- 변형 문제: 충방전 과정 중 단결정 입자의 변형이 발생할 수 있음.
- 니켈 농도와 전압: 니켈 농도가 높아지거나 높은 전압으로 충전할 경우 문제가 더욱 심각해짐.
- 리튬 이온의 왕래: 기존 양극재는 작은 입자들이 뭉쳐있어 리튬 이온의 삽입과 방출이 용이하나, 단결정은 표면만을 통해 가능하므로 특성이 떨어짐.
- 기술적 해결책 필요: 이러한 문제를 해결하기 위한 기술적 접근이 필요함.
나노 원의 혁신적 접근
- 스타트업 소개: 캐나다의 스타트업인 나노 원이 새로운 양극재 생산 방법으로 주목받고 있음.
- 전구체 필요 없음: 이들의 양극재 생산 기술은 전구체를 필요로 하지 않음.
- 금속 황산염 사용: 양극재의 가격의 70%를 차지하는 전고체 합성은 금속 황산염을 원료로 사용함.
- 혁신적 공정: 전구체 합성 공정이 생략되어 한 번의 공정으로 양극재가 제조됨.
공정 혁신과 시장 영향
- 공정 시간 단축: 기존 공정으로 양극재를 제조하는 데 이틀이 소요되나, 새로운 공정은 단 몇 시간 만에 완료됨.
- 물 사용량 감소: 새로운 공정에서 사용되는 물의 양은 기존의 20분의 1에 불과함.
- 기술적 경쟁력: 이러한 혁신은 다른 양극재 회사들에게도 큰 영향을 미칠 수 있음.
미래의 양극재 생산 전망
- 걸림돌: 단결정 양극재 생산에 몇 가지 걸림돌이 존재함.
- 입자 크기 조절: 단결정 입자 크기를 조절하는 방법의 확보가 필요함.
- 열처리 과정: 한 번의 열처리 과정에서 표면을 코팅할 수 있는 방법이 남아있는 과제임.
