[이차 전지 테마 종목] 2차전지 관련 기업에 대하여 알아본다. 그리고 배터리 기술의 발전 방향은?

이차 전지, 2차 전지란 ?

재 충전해서 사용할 수 있는 배터리이다. 방전 후에 충전을 통해 재사용이 가능한 전지이다 일반적으로 충전기로라 부르기도 한다.
그럼 1차 전지는 무엇인가? 일회용은 충전하여 재사용할 수 없는 전지이며 보통 말하는 건전지, 알칼리 전지 등 이다.

지금도 많이 사용하고 있는 리튬이온전지는 일본 Sony가 최초로 상업화에 성공한 배터리다. 리튬이온전지가 주류가 된 이유는 메모리 현상이 없기 때문이다. 아울러 리튬이온전지는 소형으로 가볍게 만들 수 있고, 빠르게 충전해도 오래 간다는 점, 납이나 수은과 같은 유해물질이 생성되지 않는 장정이 있다.
- 메모리 현상이란 배터리가 완전 방전되지 않은 상태에서 재 충전 시 배터리 수명이 단축돠는 현상을 말한다.

하지만, 단점도 있다. 고온에 노출되면 화재나 폭발과 같은 안전사고가 발생할 수 있기 때문이다.

2차전지의 핵심요소
2차전지인 리튬이온전지가 전기를 만드는 원리를 알아본다.
리튬이온전지의 필수 4가지 요소는 양극재, 음극재, 전해액, 분리막이다

• 양극재 : 배터리 용량과 출력에 영향을 주는 물질
• 음극재 : 배터리 용량과 수명에 영향을 주는 물질
• 전해질 : 리튬이온을 이동할 수 있게 하는 물질
• 분리막 : 양극과 음극을 분리시켜 닿지 않게 방지하는 물질

리튬 이온이 양극재와 음극재 사이를 이동하여 화학적 반응으로 전기가 만들어진다.
이 양극과 음극 사이에 리튬이온이 이동할 수 있도록 해주는 물질이 전해액이다.
또한 양극과 음극이 직접적으로 닿지 않도록 하고 전해액에 다른 물질이 들어가지 않도록막아주는 것이 분리막이다.

2차전지의 활용
지금까지 2차전기를 많이 사용하는 제품으로는 대표적으로 스마트폰, 노트북, 휴대용충전지등이다. 향후 대규모로 사용될 곳은 단연 전기자동차로 2차전지의 수요가 폭발적으로 증가되고 있다.

리툼이온 배터리의 원재료별 원가 구성비

• 양극재 : 35%
• 음극재 : 15%
• 분리막 : 16%
• 전해질 : 11%
• 기타소재 : 23%

국내 2차전지 관련 종목은?

2차전지 제조업체로는 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션이 있다.
주요 원재료를 생산하는 업체를 보면,

양극재 생산업체로는 에코프로비엠, 엘앤에프, 포스코케미칼 코스모신소재가 있고, 음극재 생산업체는 포스코케미칼이 있다.
그리고 전해액 생산업체인 동화기업, 솔브레인이 있으며, 분리막 업체로는 SK이노베이션에서 분리된 SKIET가 있다.


리튬이온 배터리의 문제점 및 차세대 2차전지 개발 필요성

전지자동차에 의한 2차전지 수요가 급증하면서 차세대 2차전지에 대한 연구개발도 활발하게 진행되고 있다.

리튬이온 배터리도 기술 한계가 있다. 전해질과 분리막 구조로 된 리튬이온 배터리는 폭발이나 화재와 같은 사고 발생 가능성이 있기 때문이다. 리튬이온 배터리가 어떤 이유로 인하여 양극과 음극이 닿게 될 경우 혹은 외부충격을 받게 되면, 폭발 위험성이 높아지고, 이 때 불산이 생성되어 인체에 매우 해롭게 된다. 또한 리튬이온 배터리에서 화재가 나면 금속성 화재로 물 끄려 하면 더 큰 폭발이 발생할 수 있어 각별히 주의해야 한다.
이러한 문제점을 해결하면서도 고성능 배터리 개발은 중요한 과제가 되었다.

차세대 2차전지로 연구 개발되고 있는 것이 전고체 배터리 기술이다.
전고체 배터리의 에너지 밀도는 리터 당 900~1000Wh이며, 리튬이온 배터리가 600Wh 수준인 것과 비교하면 최대 1.5배 이상 에너지 밀도를 갖는다.
바로 전해액 대신에 고체로 된 전해질 물질을 사용한다는 점이 다르다. 이렇게 되면 분리막은 없어도 된다.
전고체 배터리는 전해질이 고체이므로 구조적으로 단단하여 보다 안정적이다. 액상의 전해질과는 달리 손상을 입어도 형태 유지가 다양하여 효용성이 개선된다. 부피도 작아지고 다양한 모양으로 만들 수 있게 된다.

무엇보다 더 큰 장점은 전고체 배터리는 리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도가 높다는 점이다.

향후 차량용 배터리 시장은 시장 수요의 급증으로 성장 가능이 매우 높은 시장이다.

전고체 배터리 기술은 일본 도요타가 세계 전고체 배터리 특허의 15% 이상을 보유하고 있다. 한국에서는 2027년 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK이노베이션에서 니켈 90% 이상 하이니켈 배터리 기술을 그대로 유지하면서 전고체 배터리를 상용화한다는 목표로 연구개발 중이다.