2차전지 섹터 - 쉬운 정리

2차전지. 전기차에 쓰이는 배터리에 대한 내용을 정리해 봤습니다. 기술적인 내용은 최대한 배제하고 저같이 배경지식이 많이 없다고 가정하여, 최대한 쉽게 작성해 보았습니다.

2차 전지란? (=충전지. 정확하게는 리튬이온 배터리)

1차 전지는 "건전지" 같이 한번 쓰고 버려야 하는 배터리를 말합니다. 그에 반해 2차 전지는 쉽게 말해 "충전지" 입니다. 계속 충전해서 쓸 수 있는 스마트폰, 전기차 등등에 들어가는 배터리를 2차 전지라고 부릅니다.

지금 현재 마켓에서 얘기하는 "2차 전지"는, 아래 흐름도상 "리튬이온 배터리"에 속해 있다고 보면 됩니다. 1900년대부터 2차전지(충전지)가 개발되었고, 지금의 "리튬이온 배터리"의 개발 및 상업화는 1991년 일본 소니社에 의해 세상에 선보였으며, 심지어 지금까지도 90년대의 이 기술을 근간으로 하여, 생산이 되고 있습니다.

2차 전지의 역사 (출처: LG경제연구소)

이렇듯 우리가 얘기하는 2차전지 즉. 리튬이온 배터리는 생각보다 역사가 긴 편입니다.

리튬이온 배터리 구성 요소 (양극재, 음극재, 전해질, 분리막)

완성 배터리업체에 생산/납품하는 부품회사들을 이해하려면, 간단하게라도 2차 전지가 어떤 물질들로 이루어 지는지 알아야 합니다.

1. 필수 4대 요소 : ① 양극재 ② 음극재 ③ 전해액(전해질) ④ 분리막

2차 전지 구성 요소 (출처: 삼성 SDI)

간단하게, 각 요소들이 하는 역할을 얘기하자면, (저는 문외한이니 정말 아주 간단하게..)
양극재와 음극재 사이에서 리튬이온이 이동하면서, 어떤 화학적인 반응을 통해 전기가 발생한다고 합니다. 여기에 추가적으로, 이 리튬이온의 이동통로 역할을 해주는 액체 물질인 전해액(전해질)이 필요하고, 양극과 음극이 서로 닿지 않고 전해액에 다른 물질이 침범하지 않도록 방어해주는 분리막도 필요하다고 합니다.

일반적으로 양극재, 음극재는 충전과 방전의 역할을, 전해액, 분리막은 배터리의 안정성을 좌우하는 역할을 한다고 보면 쉽게 이해될 것 같습니다.

2. 기타 구성 요소 (간략하게..)

- 동막 : 배터리 내부의 열을 외부로 방출하는 역할을 합니다.
- 파우치 필름 : 배터리 외부를 감싸서, 내용물을 보호합니다. (기술장벽이 높아, 전량 수입에 의존하고 있다고 합니다.

전기차 리튬이온 배터리 밸류 체인

전기차에 쓰이는 배터리는 엄청난 용량(?)을 요하기 때문에, 아주 기본적인 2차 전지 시장의 밸류체인 구성을 알아둬야 합니다.

1단계 (소재) : 위에 기술한 필수 4대 요소(양극재, 음극재, 전해질, 분리막)를 우선 생산해 냅니다.
2단계 (셀) : 4개 소재를 모아서, 배터리 1 Cell 씩 생산합니다.
3단계 (모듈) : 셀을 모아서, 특정 프레임(사각 알루미늄 케이스)에 넣습니다. 보통 기본단위라 칭해집니다.
4단계 (팩) : 모듈을 모아서,전기차에 장착하기 위해, 각종 작업을 하여 팩 형태로 조립합니다.

대충 이런 모양인 것 같습니다..

리튬이온 배터리의 위기

1. 업체간 기술 격차를 벌리기가 쉽지 않다.
위에 말씀드린 4개 물질로 소재를 생산하고, 셀, 모듈, 팩을 만들어 내는 밸류체인 과정에 있어, 리튬이온 배터리의 기술은 추가적인 발전에 한계가 있다고 합니다.

2. 안전 사고 발생위험
얼마전에 발생한 LG화학 리콜 사태가 말해주듯, 리튬이온 배터리는 특히 온도관리가 안될 경우, 안전사고가 발생할 수 있다고 합니다. 또한 액체로 된 전해질의 유출 등도 잠재적인 리스크 입니다.

LG화학, 리콜 쇼크에 주가 '뚝'.. 시총 하루 만에 7조 증발

기존 리튬이온 배터리의 보완 (전고체 배터리)

기존 리튬이온 배터리의 단점을 커버할 수 있는 "전고체 배터리"가 각국에서 한창 개발중입니다. 기존의 리튬이온 배터리에서 액체로 된 전해질을 고체로 바꾸는 기술이 핵심입니다. 그에 따라 분리막도 필요가 없어지겠죠.

이에 최종적으로 이 전고체배터리는 안전사고 발생율이 줄어들고, 작은 부피로 인해 에너지의 효율성까지 높아지게 됩니다.

지난 9월 7일, 일본 도요타에서는 전고체 배터리 차를 최초로 공개하여 화제가 되었습니다. 이미 대세는 전고체 배터리로 흐르는 방향입니다.

[단독] 도요타, 전고체 배터리車 세계 최초 공개..16조 투자

마지막으로, 리튬이온 배터리의 구성 요소별, 관련 기업을 나열해 봤습니다. 하나하나 스터디가 필요할 것 같습니다.