차세대 철계 양극재료의 현상과 과제

전문가 제언

○ 1991년에 상품화된 리튬이온 전지는 휴대전화나 노트북 및 전기자동차 등의 구동 전지로 많은 기대를 모으고 있다. 이런 가운데 이들 전지의 성능 향상을 위하여 고용량화나 고출력화가 요구되고 있다. 현재 검토되고 있는 차재용 리튬이온 전지의 양극재료는 LiMO2(M=Co, Ni, Mn)계, LiMnO4계, LiFePO4계 등이 있다. 이중 저가화가 가장 기대되는 LiFePO4는 여기에만 해당되는 유일한 수열법으로 주로 제조한다. 이것은 전지의 고성능화에 필요한 미립자상의 양극재료 합성 방법이다.

○ LiFePO4는 Padhi 등에 의해서 1997년에 보고된 비교적 새로운 양극재료이다. 인산 음이온 PO43-은 결정의 골격에 포함되어 있기 때문에 전술한 LiCoO2와 같은 전이금속산화물 양극에 비해서 구조 안정성이 높고 반응에서 Li을 완전히 유리시키는 장점이 있다. 그러나 이론 용량은 170Ah/g에 머물러 LiCoO2에 비해 적다.

○ 이 때문에 LiFePO4는 고용량화가 요구되는 노트북이나 휴대전화 사용은 아니고 대형화나 고출력화에 따른 안전성이나 신뢰성이 요구되는 전동공구나 하이브리드 자동차 등에 적용이 기대된다. LiFePO4에 대한 성능은 수열법으로 합성한 전지에서 음극은 흑연, 전해액은 에틸과 디에틸카보네이트 혼합액에다 LiPF6를 용해한 것을 전해액으로 사용한다.

○ LiFePO4에 대한 한 실험에서 가혹한 충방전 조건인 1,000사이클 후에도 초기의 70%의 방전용량을 유지하였다. 4.2V로 충전 후 60℃에서 20일간 보존한 후는 그 전에 비해 82%의 용량이 유지되고 보존 후 재충전은 보존 전의 92%까지 회복되었다. 이러한 결과는 대전류로 충방전에서 온도상승이 있어도 전지의 내구성이 기대되는 부문이다.

○ 국내의 2차전지에 대한 일반적 동향은 삼성SDI와 LG화학이 이 분야에 적극적으로 사업을 추진하고 있다. 지식경제부는 2차전지의 세계시장 규모가 2020년에는 779억 달러로 급팽창할 것으로 전망하면서 에너지 저장용 등 중대형 2차전지의 제조와 소재산업을 집중적으로 지원할 계획이라고 밝혔다. 주위의 일본과 중국도 만만찮은 도전이 있는 가운데 국내 기업의 큰 발전을 기대한다.

저자

Shigeto Okada et. al.

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

화학·화공

연도

2010

권(호)

45(3)

잡지명

セラミックス

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

153~157

분석자

손*목

분석물

• 차세대 철계 양극재료의 현상과 과제.pdf [364,363 byte]

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