전기차 배터리 2차 전지가 뭘까요?

전기차에 사용되는 배터리는 2차 전지를 사용합니다. 1차 전지는 흔히 사용했던 건전지입니다. 충전은 안 되고 사용해서 방전되면 폐기해야 하죠. 2차 전지는 충전과 방전 모두 가능합니다. 현재 우리가 사용하는 스마트폰에 들어있는 것도 2차 전지인 리튬이온 배터리입니다. 2차 전지의 원리와 전망에 대해 알아보겠습니다.

2차 전지 구조와 원리

대표적인 리튬 이온 배터리의 원리에 대해 알아보겠습니다. 4가지 구성 요소인 양극재/음극재/전해질/분리막이 있습니다. 리튬이 양극재와 음극재 오가면서 화학반응이 일어나 전기 에너지가 발생하는 원리입니다. (사진) 양극에 있던 리튬이 산화되면서 이온 상태로 음극재로 갑니다. 이 현상은 충전입니다. 반대로 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하면 에너지가 발생합니다. 충전된 배터리가 일하면서 방전되는 것입니다.

 

2차 전지 원리 출처 : https://inside.lgensol.com/

양극재 – 리튬 이온이 전자와 만나 결합하는 곳입니다. 양극재의 리튬 비중이 높을수록 성능이 뛰어난 전지입니다. 주로 사용되는 자재는 니켈, 코발트, 알루미늄, 망간 등이 있습니다. 전지 재료 비용의 절반 이상이 양극재 재료에서 나옵니다.

음극재 – 리튬 이온을 방출시키는 곳입니다. 음극재에서 리튬 이온이 나오면서 전기를 발생시킵니다. 주로 사용된 자재는 흑연(Graphite)입니다. 이온 저장 및 방출 과정이 지속되면서 흑연의 구조가 변화합니다. 이때 오가는 리튬이온이 줄어들면서 배터리 수명이 줄어듭니다.

전해질 – 리튬 이온이 양극재/음극재 사이를 원활히 이동시켜주는 매개체입니다. 쉽게 기름칠해서 매끄럽게 이동시켜주는 역할입니다. 이온 전도도가 높은 전해액이 사용됩니다. 전해액은 리튬염, 유기용매와 첨가제로 구성됩니다.

분리막 – 양극과 음극이 접촉하지 않도록 분리해주는 막입니다. 물론 리튬 이온이 이동할 수 있는 미세 구멍이 있습니다. 배터리가 일정 온도에 달하면 미세 구멍이 닫히면서 이온 이동을 차단하여 폭발 사고를 방지할 수 있습니다. 퓨즈 역할을 해주는 것이죠. 높은 열/전기 안정성을 갖는 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)과 주로 사용됩니다.

 

2차 전지 전망

2차 전지는 전기차, 모바일 기기, ESS(Energy Storage System, 에너지 저장 장치) 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 최근에 주목을 받는 이유는 전기차 시장의 확대 때문입니다. 많은 선진국에서는 법적으로 2040에는 내연기관 판매 금지 예정입니다. 탄소 배출 최소화하는 친환경 흐름이 본격적으로 불고 있는 것입니다. 전문가들은 2030까지 CAGR(연평균 성장률) 30% 이상을 전망하고 있습니다. 2023년부터 배터리 부족 현상이 보일 수 있다고 합니다.

 

기업 점유율(Market Share)

대한민국 기업들이 매우 선전하고 있는 시장입니다. 현시점 세계 시장 점유율이 어느 정도일까요? 한국 세계시장의 90% 이상을 차지하고 있습니다. 1위 기업은 CATL로 35%에 육박한 점유율을 차지합니다. 한국 기업으로는 LG에너지솔루션(13.7%), SK 온 (6.4%) SDI(4.9%)의 있습니다. 각 나라에서 2차 전지 개발에 힘쓰고 있어 많은 경쟁이 예상됩니다.

Market Share 출처 : https://www.sneresearch.com/kr/home/