용어사전

양극재

[cathode materials]

양극재는 리튬이온 배터리의 양극을 구성하는 핵심 소재로, 리튬이온을 저장·방출하며 배터리의 용량과 에너지 밀도, 출력, 수명, 안전성 등을 좌우한다. 음극재, 분리막, 전해액과 함께 배터리의 4대 핵심 소재로 꼽히며, 배터리 셀 원가에서 가장 큰 비중을 차지하는 소재 가운데 하나다.

리튬이온 배터리는 충·방전 과정에서 리튬이온이 양극과 음극 사이를 이동하면서 전기에너지를 저장하거나 방출한다. 양극재의 핵심인 양극활물질은 리튬이온을 저장하고 내보내는 역할을 하며, 어떤 원소를 어떤 비율로 조합하느냐에 따라 배터리의 성능과 가격이 크게 달라진다.

대표적인 양극재로는 니켈·코발트·망간을 사용하는 NCM, 니켈·코발트·알루미늄을 사용하는 NCA, 리튬·철·인산염을 사용하는 LFP 등이 있다. 일반적으로 니켈 함량을 높이면 배터리의 용량과 에너지 밀도를 높이는 데 유리하지만 열적 안정성과 수명 관리가 어려워질 수 있다. 코발트와 망간 등은 구조적·열적 안정성을 높이는 데 기여하고, 알루미늄은 구조 안정성과 출력 특성 등을 개선하는 역할을 한다.

전기차의 주행거리를 늘리기 위해 NCM811 등 니켈 함량을 높인 고니켈(High-Nickel) 양극재가 개발됐으며, 니켈 비중을 90% 이상으로 높인 초고니켈 양극재와 단결정(Single Crystal) 양극재 등의 기술 개발도 진행되고 있다. 고니켈 양극재에서는 에너지 밀도를 높이면서 열적 안정성과 수명을 확보하는 것이 핵심 기술로 꼽힌다.

한편 전기차와 에너지저장장치(ESS) 시장이 확대되면서 양극재 시장도 NCM·NCA 중심에서 LFP까지 다양해지고 있다. NCM·NCA는 높은 에너지 밀도가 필요한 장거리·고성능 전기차에서 강점을 가지는 반면, LFP는 상대적으로 낮은 원가와 높은 열 안정성, 긴 수명을 바탕으로 보급형 전기차와 ESS 시장에서 빠르게 확산되고 있다.

양극재는 리튬·니켈·코발트 등 핵심 광물의 가격과 공급망에 따라 원가가 크게 달라질 수 있다. 따라서 에너지 밀도 향상, 안전성 확보, 원가 절감과 핵심 원료 공급망 확보가 배터리와 양극재 산업의 주요 경쟁력으로 평가된다.

관련어

• 참조어음극재, 삼원계 배터리, 양극박, 리튬인산철 배터리, NCM양극재, NCMA 양극재, 전해액