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리튬이온배터리의 핵심 원소 리튬 (수산화리튬 / 탄산리튬 / 하얀 석유)
리튬은 원자번호 3번의 원소로 Li라고 표기합니다. 리튬은 알칼리 금속이기 때문에 산소나 물에 잘 반응하...
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리튬은 원자번호 3번의 원소로 Li라고 표기합니다. 리튬은 알칼리 금속이기 때문에 산소나 물에 잘 반응하여 자연 상태에서는 화합물로만 존재합니다. 리튬은 2차 전지인 리튬이온배터리의 핵심 원소로 양극재에 사용되는 소재입니다. 리튬이온배터리는 에너지 밀도가 높고 고속 충방전에 유리하여 전자제품과 전기차에 적용되기 시작했고, 리튬의 가치는 점점 커지고 있습니다. 리튬은 "백색 석유", "백색 황금"이라고 불릴 만큼 매우 중요한 원소가 되면서 전 세계적으로 리튬을 구하기 위해 노력하고 있으며, 세계 리튬 매장량 60%가 남미에 위치해 있습니다.
배터리에서 양극재에는 니켈, 코발트, 망가니즈 등의 원료를 섞은 전구체에 리튬을 배합하여 만들어집니다. 이때 리튬은 순수한 형태로 활용이 어렵기 때문에 화합물 형태로 가공하여 사용하며, 수산화리튬 또는 탄산리튬 형태로 활용합니다.
수산화리튬은 주로 고밀도, 고용량을 필요로 하는 전기차 배터리에 사용됩니다. 수산화리튬이 양극재 배합에서 배터리 에너지 밀도를 높여주는 니켈과의 합성이 쉽기 때문입니다. 수산화리튬은 녹는점이 462℃, 탄산리튬의 녹는점은 723℃로 수산화리튬의 녹는점이 낮습니다. 니켈은 높은 온도에서 리튬과 합성이 어렵기 때문에 탄산리튬보다 녹는점이 낮은 수산화리튬과 합성하기가 쉽습니다.
삼원계 배터리(NCA, NCM)
수산화리튬이 사용되는 이차전지는 일반적으로 니켈이 결합된 삼원계 배터리(NCM, NCA)로 구분됩니다. 최근에는 니켈의 비율이 60% 이상으로 높은 하이니켈 배터리가 주목받으면서 수산화리튬에 대한 수요가 더욱 증가하고 있습니다.
탄산리튬은 주로 인산철을 양극재로 하는 LFP배터리나 에너지 밀도가 다소 낮은 가전제품이나 IT 기기용 배터리를 만들 때에 사용되고 있습니다.
상업용 리튬은 보통 광산에서 채굴하거나 또는 염호(염도가 높은 호수)에서 추출합니다. 순수한 리튬을 얻으면 이후 용도에 맞게 화합물 형태로 가공하는 단계를 거치는데, 광산에서 채굴하는 경우 가열, 여과 등 추가적인 가공을 통해 수산화리튬과 탄산리튬을 생산할 수 있습니다. 염호에서 추출한 후에는 염수를 증발시켜 탄산리튬을 먼저 생산하고, 그 다음 탄산리튬을 수산화리튬으로 가공 및 변환시키는 과정을 거칩니다.
배터리의 폭발적인 성장으로 불안정한 공급 대비 수요가 많아지면서 리튬의 가격은 변동성이 매우 커지고 있습니다.
리튬은 양극재 원가의 60~70%를 차지하고, 양극재는 배터리 원가 비중의 절반에 달하고 있습니다. 따라서 배터리 회사에서는 리튬을 선제적으로 확보하기 위해 장기 계약을 체결하는 등 인정적인 리튬 공급망 구축을 위해 많은 노력을 하고 있습니다.
전기차 시대에 접어들면서, 리튬은 ‘하얀 석유’라 불릴 만큼 높은 수요를 보이고 있습니다. 현재 사용되고 있는 리튬이온배터리뿐 아니라 전고체 배터리, 리튬황 배터리와 같은 차세대 배터리에서도 리튬은 핵심 소재로 사용될 전망이기에 리튬 수요는 앞으로도 꾸준히 증가할 것으로 예상하고 있습니다.
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