2차 전지 소재 No.3 전해액 비교 분석

양극재와 음극재는 리튬 이온을 축적 혹은 방출하면서 배터리의 기능을 다하고 있습니다. 그런데 리튬 이온을 원활하고 안전하게 보내 줄 통로가 필요합니다. 그 통로로써의 역할을 하는 것이 바로 전해액입니다. 혹은 리튬 이온이 전해액을 통근 버스처럼 이용해서 직장과 집을 오고가는 개념으로 보셔도 좋습니다. 그럼 양극재와 음극재에 이어 세 번째로 전해액에 대해서 정리해 보도록 하겠습니다.

 

전해질과 전해액 헷갈리지 말자

전해액은 크게 전해질, 유기용매, 첨가제로 구성되어 있습니다. 전해액은 이 구성품들이 모여 만들어진 완제품입니다. 가끔 전해질과 혼동되는 경우가 있는데 전해액의 구성 요소 중 하나일 뿐입니다. 

 

양질의 전해액 조건으로는 첫번째 화학품들의 조합이기 때문에 그 폭발성이 염려됩니다. 그래서 좋은 전해질의 조건으로는 화학적인 반응이 낮아야 합니다. 두번째 리튬 이온을 잘 전달할 수 있어야 하기 때문에 높은 전도도를 중요시 합니다.  그리고 마지막으로 극심한 온도변화에도 견디는 내구성을 지녀야 합니다.

 

첫번째로 전해질은 리튬으로 만들어집니다. 전해질염이라고 부르는데 그 명칭이 '리튬염(Lithium salts)'입니다. LiPF6가 기본적인 전해질입니다. 첨가제가 없는 범용 전해질이라고 보시면 됩니다. 주로 후성이라는 기업이 생산합니다. 

 

두번째로 유기용매입니다. 전해액에서 그렇게 높은 비중을 차지하지는 않습니다. EC(에틸렌 카보네이트), DMC(디멘틸 카보네이트)라는 물질이 전해액이 되는데 현재 중국에서 선점하여 생산하고 있어 우리나라는 경쟁에서 밀리고 있는 현실입니다. 하지만 롯데케미칼에서 투자 생산한다는 소식은 있습니다.

 

세번째로 첨가제입니다. 이는 순수한 전해질 용액만으로는 성능이 떨어지는 것을 보완하기 위해 첨가하는 물질입니다. 음식의 맛을 조금 더 맛있게 해주는 조미료라고 생각하시면 되겠습니다. 조미료라고 나쁜 인식이 있으시겠지만 어느 과학자분께서 말씀하시길 조미료는 아미노산의 결정체일 뿐 어떤 위해도 없다고 하셨으니 안심하셔도 됩니다. 첨가제는 주로 화재방지, 수명연장 등을 목표로 합니다.

 

첨가제가 들어간 전해질을 만드는 기업으로는 천보라는 기업이 있습니다. LiFSI, LiPO2F2, LiDFOP, LiBOB 타입의 전해질을 만들고 있습니다.

 

 

전고체 배터리의 가능성은 어떻게 되는가

전고체란 전해액의 불안정성을 보완하기 위해 고체 형태의 전해물질로 이해하시면 됩니다. 이렇게 되면 이후 포스팅에서 설명할 분리막이 없어도 됩니다. 분리막은 양극재와 음극재가 만나지 못하게 하는 일종의 방어막인데 양극재와 음극재가 만나게 되면 폭발하게 됩니다. 그런데 만약 전해물질이 고체라면 분리막의 역할도 하기 때문에 분리막이 들어가는 공간만큼 에너지 밀도를 높일 수가 있습니다.

 

그리고 고체이다보니 성형하는데 용이합니다. 얇게 만들 수 있기 때문에 여러 겹으로 쌓을 수 있어 고밀도, 고전압 형식의 배터리 생산이 가능합니다. 고밀도가 가능하면 충전속도가 향상되므로 차세대 배터리 소재로써 주목을 받고 있는 이유입니다. 

 

하지만 고체는 액체보다 이온전도도가 낮습니다. 차세대 배터리로 주목받고 있지만 아직 개발이 더디어 양산에는 애를 먹고 있는 실정입니다. 현재 개발된 소재로는 폴리머, 옥사이드, 인산염, 황화물 등이며 이 중 황화물이 차세대 소재로 주목받고 있습니다. 황화물이 온도변화, 이온전도도, 생산성에서 좋은 점수를 받고 있기 때문입니다.

 

현재 각국의 기업에서 개발과 양산에 총력을 기울이고 있으며 그 시점을 2026년으로 내다보고 있습니다. 

 

전해액을 생산하는 기업

엔켐이라는 기업이 전해액 제조사로써 국내에서 대표되는 기업입니다. 세계 4위 기업으로 점유율은 중국에 비해 부침이 있으나 배터리 완제품 회사인 LG, SK등에 납품하기 때문에 그 성장성은 배터리 양산에 추종할 것으로 예상합니다. 

 

그리고 동화기업이라는 기업도 국내에서는 손꼽히는 회사입니다. 원래 사업은 가구나 목재를 취급하던 기업이었으나 자회사인 동화일렉트로라이트를 통해 2차 전지 관련 소재주로 부상하였습니다. 주로 삼성SDI, SK온 등에 납품하고 있습니다.

 

솔브레인은 반도체 장비 관련주로 유명한 회사입니다. 반도체 관련 기업도 화학적인 소재를 다루는 회사가 많으므로 2차 전지로 확장할 기회가 있습니다. 그 대표적인 회사로 솔브레인을 손꼽을 수 있습니다. 주로 국내에만 납품하며 LG,SK,삼성 등에 납품하고 있습니다.