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[NCS 강의] 왕초보도 쉽게 배우는 이차전지 병아리반_이차전지 기초 본문
렛유인 이차전지 챌린저스 1주차 (0807~0809)
왕초보도 쉽게 배우는 2차전지 병아리반
" 이차전지 병아리반 " 강의
1. 이차전지란?
▶ 배터리 = 가지고 돌아 다닐 수 있는 전기
▶ 2차 전지와 1차 전지의 차이점
- 1차 전지 : 1번 방전 후 재사용 X
- 2차 전지 : 충전 및 방전이 가능해 여러 번 사용 O
▶ 이차전지가 중요한 이유 3가지
- 배터리의 사용 확대
- Cordless (무선) 파워공급원으로서 위상 확대
- 활용 분야 : 전자정보기기용, 수송기계용 (전기차), 로봇/군사용, 에너지 저장/산업용
- 친환경 자동차의 발전
- 배경 : 탄소중립, DT라는 변화 (내연기관 차량의 판매 금지)
- 친환경차인 전기자동차로의 대전환이 예상됨
- 재사용 및 재활용 가능
- 재사용 : 폐배터리 모듈, 팩 등 용도를 변경해 ESS / 소형 e모빌리티에 사용
- 재활용 : 폐배터리 분해 후 핵심 소재 / 금속 회수 → 신규 배터리에 소재 재활용
▶ 이차 전지의 특성
R&D의 목적 : 이차 전지 성능을 향상하여 자동차의 성능 또한 향상할 수 있음.
- 충전속도
- 용량(→ 주행거리)
- 배터리 용량 (전기의 저장 능력) × 전압 = 에너지양 (사용 가능한 전기)
- 에너지 밀도 : 중량/부피당 에너지 양 (밀도 ↑ → 소형화 O)
- 수명
- 안정성
- 배터리 폭발을 막아야 함
- 폭발의 원인 : 분리막 불량으로 양극/음극의 만남, 전해액에 이물질 유입, 과전류 차단 시스템 고장
2. 이차 전지 산업/기업 알아보기
▶ 이차전지 산업의 특징
- 수주 산업
- 고객(전기차 완성 업체)가 요청한 성능 / 품질 / 원가를 만족해야 함
- 반도체 파운드리 사업부와 유사함.
- 가격 경쟁
- 전기차 원가 비중: 배터리팩이 40%를 차지 ∴ 더 저렴한 배터리 → 경쟁력 ↑
- 밀접한 전후방 산업
- 후방 산업 → 이차 전지 산업 → 전방 산업
- 후방 산업 ~ 전방 산업까지 가격 영향력 O
▶ 이차전지 산업 Value Chain
- 원자재 확보 및 제련
- 리튬, 니켈, 코발트 등 핵심 원자재 확보 중요
- 제련 대부분 중국이 담당 // 미국 인플레이션 감축법 (IRA), 유럽 원자재법 (RMA)에 따라 탈중국 필요함
- 4대 핵심 소재 제조
- 제조 중심인 반도체와 달리 이차전지는 재료 중심
- 배터리 셀 제조
- 한/중/일 중심의 경쟁: 한중일 6개사가 글로벌 시장 77% 점유
- 현황 1 : 배터리 제조사 - 완성차 업체 간의 협업 ↑ (안정적으로 공급/수요 만족)
- 현황 2 : 완성차 업체의 배터리 역량 내재화
▶ 국내 배터리 셀 제조 기업 간의 차이점
대표적인 3사 : 삼성 SDI, SK on, LG 에너지솔루션
- 삼성 SDI : R&D에 투자 ↑↑ (질적 팽창)
- SK on : 점유율 확대 ing
- LG 에너지솔루션 : 압도적인 생산 capa
3. 전지의 종류와 동작 원리
▶ 전지란
전기에너지를 화학에너지로 일시 저장했다가, 필요 시에 내부 활물질의 화학 에너지를 전기화학적 반응에 의해 전기에너지로 변환하여 사용하는 기기
▶ 전지의 종류
- 납축 배터리 : 무겁고 크기가 큼
- 니켈계 배터리
- 니켈 카드뮬 : 카드뮴은 인체에 유해함
- 니켈 수소 : 카드뮴 → 수소
- 리튬이온 배터리 : 리튬을 사용하며 에너지 밀도 ↑, 고속/고율 충방전
- 차세대 배터리
- 나트륨 이온 배터리 : 풍부한 나트륨 자원 활용
- 전고체 배터리 : 액체 → 고체 전해질로 전환해 용량+안정성 ↑
▶ 이차전지 소재의 4대 요소
- 양극활물질
- 리튬이온 소스로 배터리의 용량 / 전압 결정
- 셀 원가의 40% 차지
- 음극활물질
- 양극에서 나온 리튬이온을 저장 및 방출
- 배터리의 충전 속도 / 수명 결정
- 분리막
- 양극 및 음극의 접촉 차단 // 리튬 이온의 이동 허용
- 안전성 결정
- 전해액
- 리튬 이온의 이동을 돕는 매개
▶ 전지의 동작 원리
- 충전
- 전기 에너지의 투입으로 양극의 리튬 이온이 음극으로 이동
- 리튬 산화물 → 리튬 산화물 + 리튬 원자 → 리튬 양이온 + 전자로 분리
- (외부 에너지에 따라 억지로 리튬 이온 / 전자가 음극으로 이동한 상태)
- 방전
- 음극에 있던 리튬 이온이 양극으로 이동
- 이 때, 전류가 발생하며 저장된 전기를 사용
- (외부 에너지가 사라지면 리튬 이온 / 전자가 자발적으로 이동함)
▶ 이차전지에서 리튬을 사용하는 이유
- 산화성 ↑ : 이온화 경향성 ↑ → 전자를 잘 내어줌.
- 작고 가벼움 ( Li << Na, K )
- 빠르게 움직여 충/방전 속도 ↑
- 이온이 양극/음극활물질에 삽입/방출되면서 구조 무너트려 수명 짧아지는 것 ↓
- 높은 저장 용량
- 높은 에너지 밀도
- 메모리 효과 X
- 메모리 효과 : 충/방전 시 용량을 기억해 작동 전압 / 용량이 감소하는 현상
▶ 리튬의 한계점
- 자원의 희소성
- 위험성 ↑ : 리튬이 화학반응을 잘 일으켜서 순수 형태로 활용하기는 어려움