2차 전지 소재 No.4 분리막 비교 분석

분리막은 양극재와 음극재가 서로 만나지 못하게 하는 역할을 합니다. 두 소재가 만나게 되면 폭발하게 되므로 현재 분리막의 역할은 크다고 하겠습니다. 우스개소리로 비유하자면 코로나 시절 재택근무를 하면서 편한 점도 있었지만 이혼률이 크게 증가했다는 보도가 있었습니다. 비록 부부더라도 사생활이 존중되어야 하는데 강제로 접점이 많아지다 보니 불화도 커집니다. 차라리 직장에서 일을 한다면 이런 일은 없었을지도 모릅니다. 이번 포스팅에서는 2차 전지 분리막에 대해 알아보고 관련된 기업에 대해 분석해보도록 하겠습니다.

 

분리막은 어떤 소재이며 역할은 무엇인가

분리막은 위에서 잠시 언급한 대로 양극재와 음극재를 분리시켜주는 역할을 합니다. 그런데 완전 차단해버리면 어떻게 될까요? 2차 전지는 충전과 방전을 반복하게 되는데 이 때 리튬이온이 양극재와 음극재를 왔다갔다 하면서 그 기능을 수행합니다. 그래서 분리막은 미세한 구멍을 통해 리튬이온만은 통과시킬 수 있도록 해야 합니다. 

 

크게 분리막은 건식과 습식으로 나뉩니다. 아래 표로 정리해보겠습니다.

	건식분리막	습식분리막
재료	PE(폴리에틸렌), PP(폴리프로필렌)	PE(폴리에틸렌), PP(폴리프로필렌) + 특수오일
제작방법	팽창시켜 기공확장	고온, 고압 압출방식
장점	낮은가격, 환경친화적	기공균일, 얇은공정가능
단점	기공불규칙, 얇은공정불가	높은가격, 복잡한 제조방식
배터리타입	저가배터리, 저출력배터리, LFP	고사양, 고밀도 배터리(하이니켈)
관련기업	대한유화(세계 1위)	SK아이이테크놀로지, 더블유씨티 창신신소재(중국, 세계 1위)

 

전기차 배터리가 점점 고사양 배터리를 선호하기 때문에 습식분리막이 선호되는 경향이 있습니다. 위 표를 보시면 PE, PP가 공통적으로 분리막 소재로써 사용되는데 대한유화는 건식분리막을 생산하지만, 습식분리막을 생산하는 기업 대부분에 납품하면서 양쪽 방식 모두 수혜를 봅니다. 

 

SK아이이테크놀로지는 주로 LG에너지솔루션에 납품을 하고, 더블유씨티는 삼성SDI에 납품을 합니다. 분리막 소재도 중국에 많이 밀리는 경향을 보이지만 IRA법안으로 인해 중국산 소재가 소외될 가능성이 있으므로 국내산 분리막이 중요받을 기회는 있습니다.

 

 

전고체 배터리가 개발되면 분리막의 미래는 어떻게 되는가

전고체 배터리가 양산되면 사실상 분리막의 미래는 암울합니다. 현재 액체 상태인 전해액의 특성상 양극재와 음극재가 만날 가능성이 있어 분리막이 필요한 역할을 수행하는 것이지만 만약 고체상태로 리튬이온을 전달할 수 있다면 고체 상태만으로도 양극재와 음극재는 완벽하게 분리될 수 있기 때문에 폭발 위험이 없습니다.

 

그러나 전고체 배터리의 여전히 개발이 더디고, 현재 나와있는 전고체 배터리의 효율은 비교할 수 없을 정도로 떨어집니다. 물질의 상태의 벽을 넘는 것은 여전히 어려운 영역입니다.

 

하지만 분리막의 비중은 전체 배터리의 10%내외이고, 만약 전고체 배터리의 개발이 긍정적으로 진행이 된다면 분리막이 빠지는 부분을 상대적으로 고부가가치인 양극재가 차지할 수 있기 때문에 전체 비중이 높아지면서 종내의 목표인 60%를 달성할 수 있을 것입니다. 현재 우리나라는 음극재나 전해액의 개발보다는 양극재 개발에 총력을 기울이고 있으며 그 경쟁력도 중국을 훨씬 능가하는 분야입니다.

 

현재의 배터리의 구조상 분리막이 절대적으로 필요하지만 2차 전지의 미래는 양극재와 전고체가 키를 쥐고 있다고 해도 과언이 아닙니다. 그렇다면 먼 미래의 이야기일지도 모르겠지만 분리막은 점점 사양의 길로 들어설 수 있다는 필자의 판단입니다.