초등학생도 이해하는 2차 전지와 양극재 제조 과정

2차 전지 시장이 커짐에 따라 양극재 생산 업체 또한 수혜를 받고 있습니다. 

에코프로비엠이나 엘앤에프, 포스코케미칼 등이 양극재를 생산하는 주요 업체인데요, 앞으로 전기차 시장의 큰 성장성에 대한 기대감을 바탕으로 주가가 많이 오르고 있습니다. 

 

이러한 양극재 기업의 투자에 앞서서 양극재란 무엇이고 2차 전지 제조과정은 어떠한지 알아보도록 하겠습니다. 투자하는데 있어서 기업의 상품에 대해서 자세히 아는 것은, 투자 성공 확률을 높이는데 중요한 점이라고 생각합니다. 

 

자 그럼 양극재는 무엇이고 그 제조 과정에 대해서 쉽게 알아보도록 하겠습니다. 

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양극재 (Cathode) 소재란?

양극재는 배터리에서 중요한 부분입니다. 배터리의 양쪽 중에서 양극의 역할을 하면서 전기를 만들어내는데 중요한 역할을 합니다. 양극재는 일반적으로 에너지를 저장하고 방출할 수 있는 특별한 물질로 만들어집니다. 

 

그 대표적인 물질로 리튬이 있습니다. 리튬은 다른 금속에 비해서 전자를 잘 잃는 성질을 가지고 있는데요, 이렇게 방출된 전자로 인해서 전류가 생성되고 배터리에 연결된 전자회로가 작동할 수 있게 됩니다. 양극재 구성 금속에는 리튬 뿐만 아니라, 코발트, 니켈, 망간과 같은 다른 재료들도 배터리의 성능을 높이는데 필요합니다. 

 

아래 그림에서 볼수 있듯이 양극재에는 여러 금속이 화학적으로 결합된 상태이고 전자를 잃은 리튬 양이온(Li+)이 음극으로, 전자는 전기회로로 이동하면서 전류를 만들어 내는 것을 볼수 있습니다. 

 

2차전지 구조(@에코프로비엠 분기보고서)

양극재 제조과정 알아보기 

혼합 (Mixing)

먼저, 리튬과 다른 금속 재료들을 큰 용기에 넣고 잘 섞습니다.
마치 케이크 반죽을 만드는 것과 비슷하지만 밀가루와 설탕 대신에 리튬과 같은 금속을 넣고 혼합을 합니다. 양극재 소재를 정밀하게 계량하고  혼합하여 균일한 혼합물을 만듭니다.

 

이를 통해서 원하는 화학적 구성을 얻게 됩니다. 예를 들어 니켈, 코발트, 망간을 8:1:1의 비율로 혼합한 이차전지의 경우, NCM811로 불려집니다. NCM 말고도 화학적 구성 성분에 따라서 LFP, NCA 등이 있습니다. 이러한 혼합 비율에 따라서 배터리의 저장 용량, 출력, 충전시간 등이 달라집니다. 

 

형성 (Shaping)

혼합된 소재를 원하는 양극재 형토로 만듭니다. 이를 위해서서 혼합물을 틀에 부어 넣거나 얇은 금속 호일과 같은 전류 수집체에 코팅을 하는 과정을 거칩니다. 이를 통해서 양극재는 적절한 구조와 크기를 갖추게 됩니다. 

 

열처리 (Heat Treatment)

양극재를 강하고 튼튼하게 만들기 위해서는 가열이 필요합니다. 형성된 양극재는 열 처리 과정을 거칩니다. 고온으로 가열하게 되면 화학적 결정 구조를 개선하게 되고 전기화학적 성능을 향상시키게 됩니다. 

 

코팅 (Coating)

열처리된 양극재가 식으면, 위에 특별한 보호층을 추가합니다. 이 보호층은 양극재의 안정성을 향상시키고 원치 않는 부작용 반응을 방지하여 전체적인 배터리 성능을 향상시켜줍니다. 마치 우리가 겨울에 추울 때 외투를 입는 것과 비슷합니다. 

 

여기 까지가 양극재를 만드는 과정이였습니다. 

그럼 본격적으로 배터리 조립하는 과정에 대해서 좀더 알아보도록 하겠습니다. 

 

배터리 조립 (Assembly)

양극재 이외의 아래 나머지 부품들과 조립을 하면 배터리가 완성되게 됩니다. 

양극재의 반대쪽에 있는 음극재라는 부품을 가져와서 함께 놓습니다. 그 사이에는 분리막 (Separator)라고 불리는 얇은 플라스틱 시트가 있습니다. 분리막은 단어 그대로 양극재와 음극재가 서로 닿지 않도록 분리시켜 주는 역할을 합니다. 대신에 양극재에서 전자를 잃고 떨어져 나온 작은 리튬양이온만 음극재로 갈수 있도록 통과 시켜 줍니다. 

 

이러한 분리막이 불량이 나게 되어 양극재와 음극재 간에 직접적인 전자 이동이 생기게 되면, 순간적으로 많은 양의 전자가 이동하기 때문에 화재 발생의 위험이 생깁니다. 가끔 2차 전지 화재 문제가 발생하는 이유이기도 합니다.

 

전해질 추가 (Electrolyte Adding)

이제 거의 다 완성되어 갑니다. 배터리를 작동시키기 위해서는 전해질이 필수적입니다. 전해질은 양극재와 음극재가 양이온을 교환하는데 도움을 주는 특별한 액체입니다. 전해질을 조심스럽게 배터리 안으로 부어서 양극재와 음극재 사이 공간을 채워줍니다. 

 

배터리 밀봉 (Sealing) 

마지막으로 배터리를 케이스 또는 포장재로 밀봉하여 배터리 제작을 완성합니다. 

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양극재와 2차 전지 제조 과정에 대해서 간단히 알아보았습니다. 

이를 통해 2차 전지 산업 투자 성공에 있어서 확률적인 우위를 조금 높이게 된거 같습니다. 

 

본격적인 투자에 앞서 양극재 대표 기업인 에코프로비엠 적정 주가 분석에 대한 아래 글도 참고해 보세요. 도움이 되실 겁니다. 

 

2023.06.17 - [분류 전체보기] - 에코프로비엠 적정주가 예상해보기 (1)

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2023.06.19 - [분류 전체보기] - 2에코프로비엠 적정주가 예상해보기 (2)

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