안녕하세요 기어투워드입니다.
전기자동차의 핵심 부품이자 현재 주식시장은 물론 전 세계의 경제, 정치계에서도 주목하고 있는 아이템은 바로 '배터리'입니다.
전기차에 탑재되는 배터리에는 NCM, LFP, SSB 등 여러 종류의 배터리가 있지만 전기차의 판매가를 대폭 줄이고 성능은 개선할 수 있는 배터리로도 주목받는 리튬 메탈 배터리에 대해 아시나요? 오늘은 차세대 배터리라고 불리는 리튬 메탈 배터리의 원리와 구조, 그리고 장단점에 대해 알아보겠습니다.
리튬 메탈 배터리란?
| 배터리의 구조
리튬 메탈 배터리를 알아보기 전 일반적으로 전기차에서 사용하는 리튬 이온 배터리의 기초적인 구성에 대해 먼저 간단하게 짚고 넘어가겠습니다.
아래와 같이 리튬 메탈 배터리는 크게 4가지 구성요소로 이루어져 있고 특히 양극재를 어떻게 구성하느냐에 때라 NCM 배터리 또는 LFP 배터리와 같이 종류가 나눠지게 됩니다.
| 구 분 | 역 할 | 원소재 |
| 양극재 | 배터리의 용량과 평균 전압을 결정 | 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 인산, 철 등 |
| 음극재 | 양극에서 나온 리튬이온을 저장/방출하면서 외부로 전류를 흐르게 함 |
흑연, 실리콘 등 |
| 분리막 | 양극과 음극의 접촉을 차단하는 역할 | 폴리올레핀, 폴리프로필렌 등 절연 특성이 뛰어난 고분자 소재 |
| 전해액 | 이온이 원활하게 이동하도록 돕는 매개체 | 유기용매, 전해질염, 첨가제 등 |
| 리튬 메탈 배터리
위와 같이 일반적으로 리튬 이온 배터리는 양극재의 다른 조합으로 자체의 성능, 단가 등 많은 부분이 변경이 되지만, 리튬 메탈 배터리는 음극재의 원소재를 탄소, 흑연이 아닌 리튬메탈을 사용하여 성능 (에너지 밀도)를 대폭 개선한 배터리입니다. 그렇게 때문에 전고체 배터리 (SSB)와 함께 차세대 배터리로 불리며 배터리 업계에 주목을 받고 있는 신기술입니다.
| 전기차 배터리 유형
리튬 메탈 배터리와 같이 배터리 구성 요소의 원소에 따라 유형이 구분됩니다. 현 전기차 시장에서 상용화된 배터리를 포함하여 차세대 배터리라고 불리는 배터리의 유형은 아래와 같습니다.
| 양극재 | 음극재 | 분리막 여부 | 전해질 | 특 징 | |
| 삼원계 배터리 (NCM) |
니켈, 코발트, 망간, 알루미늄 |
흑연, 실리콘 | O | 액체 | 높은 에너지밀도와 주행거리 |
| 인산철 배터리 (LFP) |
철, 인 | 흑연, 실리콘 | O | 액체 | 저렴한 가격, 높은 안전성 |
| 리튬메탈 배터리 (LMB) |
제조사마다 상이 | 리튬금속(메탈) | O | 반고체 or 고체 | 차세대 배터리 |
| 전고체 배터리 (SSB) |
제조사마다 상이 | 제조사마다 상이 | X | 고체 | 차세대 배터리 |
리튬 메탈 배터리 - 장점과 단점
+ 장점 1. 높은 에너지 밀도
리튬 메탈 배터리는 음극재 소재로 리튬메탈을 사용하여 기존 흑연, 실리콘 등 사용한 음극재 대비 부피를 줄여 높은 에너지 밀도를 자랑합니다. 사양마다 차이가 있겠지만 기존 음극재 대비 최대 60%까지 차이가 나기 때문에 전기차의 고질병인 중량 부분에서 크게 개선할 수 있습니다.
+ 장점 2. 빠른 충전 성능
리튬 메탈 배터리의 음극재 소재인 리튬메탈의 경우 기존 음극재 대비 더 많은 양의 리튬을 이동시킬 수 있기 때문에 그만큼 충전속도도 빨라집니다. 이에 현재 내연기관 자동차와 크게 비교되고 있는 연료 충전시간 관련하여 기존 20분대 대비 대폭 축소하여 전기차 상용화를 이뤄낼 수 있습니다.
- 단점 1. 안정성 저조
종종 뉴스 기사를 통해 전기차 화재로 이슈가 되는 경우가 발생하여 많은 분들이 전기자동차의 안정성에 대해 우려를 가지고 있어 많은 배터리 및 전기차 기업들이 차량 안전성에 주의를 기울이고 있는데 리튬 메탈 배터리의 경우 놀라운 장점과 반대로 안정성이 떨어지는 단점이 있습니다. 더 많은 양의 리튬을 이동시킬 수 있는 만큼 '덴드라이트 현상 (아래 포스트 참조)'이 더 빠르고 여러 곳에 발생하며 과다 생성 시 쇼트를 발생시켜 화재를 일으킵니다.
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- 단점 2. 높은 재료비
최근 하얀 석유라고도 불리는 양극재 소재이자 배터리 총재료비의 약 40%를 차지하고 있는 리튬의 함유량이 기존에 개발되고 있는 NCM 배터리와 유사하거나, 또는 높기 때문에 재료비 경쟁력이 열세한 단점이 있습니다.
WRAP-UP
오늘은 전기자동차의 핵심 부품인 차세대 배터리인 리튬 메탈 배터리에 대해 알아봤습니다.
장점을 최대화하고, 단점을 최소화하여 미래에 나올 전기차에 하루빨리 적용되었으면 좋겠습니다.
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