배터리 밸류체인 관련주

동박

동박(Copper Foil)은 배터리 구성요소 중 하나로, 주로 음극 집전체(anode current collector)로 사용됩니다. 동박은 리튬이온 배터리의 성능과 안정성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다.

동박의 제조 공정

동박은 주로 전해동박(Electrolytic Copper Foil)과 압연동박(Rolled Copper Foil)으로 구분됩니다.

전해동박 제조 공정

전해법: 전기분해를 통해 고순도의 구리를 박 형태로 만듭니다. 전기분해 탱크에서 전극에 구리 이온을 침전시켜 얇은 구리 박을 형성합니다.
세척 및 건조: 형성된 구리 박을 세척하고 건조하여 표면의 불순물을 제거합니다.
압연 및 절단: 세척된 구리 박을 원하는 두께로 압연하고, 필요한 크기로 절단합니다.

압연동박 제조 공정

주조 및 압연: 구리 블록을 고온에서 녹여 주조한 후, 연속적으로 압연하여 얇은 구리 박을 만듭니다.
열처리 및 표면처리: 압연된 구리 박을 열처리하여 기계적 특성을 개선하고, 표면 처리를 통해 내식성을 높입니다.

동박 관련주

롯데에너지머티리얼즈

2022년부로 롯데그룹에 인수되어 사명을 롯데에너지머티리얼즈로 바꾸고 일진그룹에서 롯데그룹 계열사로 들어감.
롯데케미칼의 자회사로 자리잡음

솔루스첨단소재

고려아연

분리막

분리막(Separator)은 리튬이온 배터리의 핵심 구성요소 중 하나로, 배터리의 안전성과 성능을 좌우하는 중요한 역할을 합니다.

분리막의 주요 역할

전기 절연: 양극과 음극을 물리적으로 분리하여 직접적인 접촉을 막고, 단락(Short Circuit)을 방지합니다.
이온 전달: 전해질과 함께 작동하여 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 자유롭게 이동할 수 있게 합니다. 이는 배터리의 충방전 과정에서 중요한 역할을 합니다.
기계적 지지: 배터리 내부 구조를 안정적으로 유지하며, 외부 충격이나 변형에도 내구성을 제공합니다.

분리막의 주요 소재 및 구조

폴리올레핀: 가장 일반적으로 사용되는 소재로, 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)으로 만들어집니다. 높은 전기 절연성과 열적 안정성을 가지고 있습니다.
나노코팅 분리막: 분리막 표면에 세라믹이나 다른 나노물질을 코팅하여 열적, 기계적 특성을 향상시킵니다.
다공성 구조: 분리막은 수많은 미세한 구멍으로 구성되어 있어, 전해질이 이온을 통과시킬 수 있게 합니다.

분리막의 제조 공정

건식법 (Dry Process):

혼합 및 압출: 폴리올레핀 수지를 혼합하여 압출기로 얇게 만듭니다.
연신: 압출된 필름을 일정 온도에서 길게 늘려 다공성을 형성합니다.
슬리팅: 필름을 원하는 크기로 절단합니다.

습식법 (Wet Process):

젤 캐스팅: 폴리올레핀 수지를 용매에 녹여 젤 형태로 만든 후 캐스팅합니다.
용매 제거: 캐스팅된 젤에서 용매를 제거하여 다공성을 형성합니다.
연신 및 슬리팅: 건식법과 유사하게 필름을 늘리고 절단합니다.

분리막 관련주

SK아이테크놀로지

전해액

전해액(Electrolyte)은 리튬이온 배터리의 핵심 구성요소로, 양극과 음극 사이에서 리튬 이온을 전달하는 매개체 역할을 합니다. 전해액의 성능은 배터리의 전압, 용량, 수명, 안전성 등에 직접적인 영향을 미칩니다.

전해액의 주요 구성요소

리튬염 (Lithium Salt)

LiPF6 (리튬 헥사플루오로인산): 가장 일반적으로 사용되는 리튬염으로, 높은 이온 전도성과 안정성을 제공합니다. 기타 리튬염: LiBF4, LiClO4, LiTFSI 등이 있으며, 각각의 특성과 용도에 따라 사용됩니다.

유기 용매 (Organic Solvent)

카보네이트류 (Carbonates): EC (에틸렌 카보네이트), DMC (디메틸 카보네이트), EMC (에틸 메틸 카보네이트) 등이 주요 용매로 사용됩니다. 이들은 높은 전도성과 저온 안정성을 제공합니다.

첨가제 (Additives)

전해액 첨가제: SEI (Solid Electrolyte Interface) 형성을 촉진하거나, 열적 안정성을 높이는 데 사용됩니다. 일반적인 첨가제로는 VC (비닐렌 카보네이트), FEC (플루오로에틸렌 카보네이트) 등이 있습니다.

전해액의 제조 공정

리튬염 용해: 리튬염을 유기 용매에 용해하여 전해액을 준비합니다.
첨가제 혼합: 전해액에 다양한 첨가제를 첨가하여 배터리 성능을 향상시킵니다.
정제 및 필터링: 전해액을 정제하고 필터링하여 불순물을 제거합니다.
충진: 준비된 전해액을 배터리 셀 내부에 충진합니다.

전해액 관련주

엔켐

동화기업

솔브레인

천보

아미노테트라졸(ATZ)은 국내시장점유율 1위, 세계시장점유율 1위(95%)를 기록함.
차세대 제품인 메틸테트라졸(MTZ)을 판매하고 있음.

덕산테코피아

켐트로스

음극재

음극재는 리튬이온 배터리에서 음극을 구성하는 중요한 재료로, 배터리의 성능, 수명, 안정성 등에 큰 영향을 미칩니다. 음극재는 배터리의 충방전 과정에서 리튬 이온을 저장하고 방출하는 역할을 합니다.

음극재의 주요 소재

흑연 (Graphite)

천연 흑연 (Natural Graphite): 자연에서 채굴된 흑연을 정제하여 사용합니다. 가격이 저렴하고, 충방전 효율이 높습니다. 인조 흑연 (Artificial Graphite): 석유 코크스나 피치 등의 원료를 고온 처리하여 제조합니다. 구조적 안정성이 뛰어나고, 충전 속도가 빠릅니다.

실리콘 (Silicon):

실리콘 나노 입자 (Silicon Nanoparticles): 흑연에 비해 이론적인 용량이 10배 이상 높아 주목받고 있습니다. 그러나 충방전 과정에서 부피 팽창 문제가 있어 이를 해결하기 위한 연구가 진행 중입니다. 실리콘 복합재 (Silicon Composites): 실리콘과 탄소 또는 다른 물질을 복합하여 부피 팽창 문제를 해결하려는 시도입니다.

리튬 티타네이트 (LTO, Lithium Titanate)

LTO: 안정성이 매우 높고, 충전 속도가 빠르며, 긴 수명을 자랑합니다. 그러나 에너지 밀도가 낮아 주로 특수한 용도에 사용됩니다.

음극재의 특성 및 구조

이론 용량 (Theoretical Capacity)

흑연: 약 372 mAh/g
실리콘: 약 4200 mAh/g
LTO: 약 175 mAh/g

작동 전압 (Operating Voltage)

흑연: 약 0.1~0.2V (vs Li/Li+)
실리콘: 약 0.4~0.5V (vs Li/Li+)
LTO: 약 1.5V (vs Li/Li+)

부피 변화 (Volume Change)

흑연: 충방전 과정에서 약 10% 이하의 부피 변화
실리콘: 충방전 과정에서 약 300% 이상의 부피 변화 (문제점)
LTO: 거의 부피 변화 없음

음극재의 제조 공정

흑연 음극재 제조

분쇄 및 정제: 천연 흑연을 분쇄하고 불순물을 제거합니다.
코팅: 흑연 표면을 탄소 등으로 코팅하여 전기적 특성과 안정성을 향상시킵니다.
성형: 흑연 입자를 집합체 형태로 성형하여 전극을 만듭니다.

실리콘 음극재 제조

나노화: 실리콘 입자를 나노 크기로 분쇄합니다.
복합화: 실리콘 입자를 탄소나 다른 물질과 복합하여 구조적 안정성을 강화합니다. 코- 팅 및 성형: 복합된 실리콘을 전극 형태로 성형하고 코팅합니다.

LTO 음극재 제조

혼합 및 열처리: 리튬과 티타늄 원료를 혼합하고 고온에서 열처리하여 LTO 입자를 만듭니다. 분쇄 및 코팅: LTO 입자를 적절한 크기로 분쇄하고 필요 시 코팅합니다.
성형: LTO 입자를 전극 형태로 성형합니다.

음극재 관련주

포스코퓨처엠

국내 유일 음/양극재 소재를 동시 생산 및 납품하는 이차전지 소재사임.
포스코 그룹의 리튬, 니켈 등 원료, 이차전지소재연구센터 등 R&D 인프라, 글로벌 마케팅 네트워크를 연계해 사업경쟁력을 높여 나가고 있음.

양극재

양극재는 리튬이온 배터리의 성능, 에너지 밀도, 수명, 안전성 등에 큰 영향을 미치는 핵심 구성 요소입니다. 양극재의 종류와 특성에 따라 배터리의 용도와 성능이 결정됩니다.

양극재의 주요 종류

리튬 코발트 산화물 (LCO, Lithium Cobalt Oxide)

구성: LiCoO2
특징: 높은 에너지 밀도와 안정된 성능을 제공하지만, 코발트의 높은 비용과 환경적 문제로 인해 제한적으로 사용됩니다.
용도: 주로 스마트폰, 노트북 등 소형 전자기기에 사용됩니다.

니켈 코발트 망간 산화물 (NCM, Nickel Cobalt Manganese)

구성: Li(Ni,Co,Mn)O2
특징: 니켈(Ni) 함량을 높여 에너지 밀도를 증가시키고, 코발트(Co) 함량을 줄여 비용을 절감합니다. 망간(Mn)은 안정성을 높이는 역할을 합니다.
용도: 전기차(EV), 에너지 저장 시스템(ESS) 등 다양한 용도에 사용됩니다.

니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA, Nickel Cobalt Aluminum)

구성: Li(Ni,Co,Al)O2
특징: 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 제공하지만, 열적 안정성이 다소 낮아 관리가 필요합니다.
용도: 주로 전기차(EV)에 사용됩니다.

리튬 인산철 (LFP, Lithium Iron Phosphate)

구성: LiFePO4
특징: 높은 열적 안정성과 긴 수명을 제공하며, 상대적으로 저렴합니다. 그러나 에너지 밀도가 낮아 크기와 무게가 커지는 단점이 있습니다.
용도: 전기차, 에너지 저장 시스템, 전동 공구 등에 사용됩니다.

리튬 망간 산화물 (LMO, Lithium Manganese Oxide)

구성: LiMn2O4
특징: 높은 출력 특성과 안전성을 제공하지만, 에너지 밀도가 상대적으로 낮습니다.
용도: 전기차, 전동 공구, 하이브리드 전기차(HEV)에 사용됩니다.

양극재의 제조 공정

혼합: 리튬 원료와 금속 산화물을 적절한 비율로 혼합합니다. 소성 (Calcination): 혼합물을 고온에서 소성하여 원하는 화합물을 형성합니다.
분쇄 및 분급: 소성된 재료를 분쇄하고, 원하는 입자 크기로 분급합니다. 코팅: 양극재 입자 표면을 탄소나 다른 물질로 코팅하여 전도성과 안정성을 향상시킵니다.
전극 제조: 코팅된 양극재를 바인더와 혼합하여 슬러리를 만들고, 이를 전극 집전체에 도포하여 전극을 제조합니다.

동박
분리막
전해액
음극재
양극재
배터리 셀