LFP 양극 활물질

리튬이온전지의 양극 활물질은 구조에 따라 크게

1. 층상형 양극 활물질 (LCO, LNCMO, LNO ...)

2. 스피넬 구조 (LMO)

3. 올리빈 구조 (LFP) 

와 같이 크게 3가지 구조로 분류가 된다.

 

이중 최근 전기차에서 화두가 되고 있는 LFP에 대해 알아보자.

LFP는 LiFePO4의 약어로 올리빈 구조를 가지고 있다 이 올리빈 구조는 아래와 같이 조금 복잡한 팔면체와 사면체가 edge sharing을 통해 이어진 구조이며 층상형이 2d 방향으로 Li 이온이 이동하고 스피넬이 3d 방향으로 Li 이온이 이동하는데 비해 올리빈 구조는 1d 방향으로 Li 이온이 이동한다.

 

LiFePO4 <-> FePO4  의 반응으로 Li이온의 이동에 의해 Fe2+에서 Fe3+로 가수가 산화/환원이 일어나며 Fe가 redox center로서 작용을 한다.

 

올리빈 구조의 장점으로는 

- 리튬이온이 한방향으로만 이동을 하여 안정적인 수명과 열적 안정성을 지닌다.

- 요즘 최근 Co의 가격변화에 따라 상대적으로 Fe의 가격이 안정적이고 싼 장점이 있다.

 

반면에 단점으로는

- 낮은 전기 전도도

- 리튬이온이 한방향으로 이동하여 상대적으로 낮은 율속 특성을 나타내 고속 충전에 적합하지 않다.

 

이를 해결하기위해 최근 산업계에서는 탄소층 코팅 등을 통해 전기전도도를 높이며 LFP의 전기차 적용을 진행중이며 중국에 이어 한국의 여러 회사들도 LFP의 개발에 뛰어 들고 있는 추세이다. (사실 이는 하이니켈의 제조 공급에 비해 전기차의 수요가 비약적으로 큰 바람에 추가 수주 물량을 맞추기 위한 점도 있다.)

 

특히 미국에서 ONE, 24m 등 몇몇 스타트업들이 LFP 기반 배터리를 파일럿단계에서 성공적으로 높은 수율과 함께 제조 성공을 하여 향후 전기차 시장의 hot potato로 주목을 받을 가능성이 더 커지고 있다.

 

더불어 NCM과 같은 하이니켈 양극재와는 달리 cation mixing에 의한 구조 변형이 거의 없어서 현재 또다른 화두중 하나인 배터리 재활용에서도 LFP 전극은 상당히 이점을 나타내고 있다.

 

다만 양극재는 활성화된 전기차 시장에서 배터리 가격의 40~50프로를 차지할 정도로 중요한 요소인 만큼 향후에도 어떤 물질이 절대 왕좌를 차지한다가 아닌 하이니켈, 인산철 그리고 새로 개발되고 있는 단결정 기반 물질등등이 각각 일정 파이를 나눠가질 가능성이 더 커질것으로 혹자는 예측을 하고 이를 지켜보는 재미가 더 있을 것 같다.