에너지/환경

세계 첫 4원계 무코발트 재료 배터리 개발

발행일 : 2019 / 07 / 27

최근, 창청(長城)자동차 산하 펑차오(蜂巢)에너지과학기술유한회사는 세계 최초로 무코발트(Cobalt free), 4원계 재료를 개발함과 아울러 20억 유로(EURO)를 투입해 유럽에 공장을 구축함으로써 2025년에 이르러 전세계적으로 약 120GWh의 배터리 생산능력을 달성할 전망이다.

해당 무코발트 재료 기반 배터리 코어(Battery core) 제품의 재료 성능은 기존의 NCM811재료와 동등한 수준이지만 원가는 NCM811재료에 비해 5%~15%로 절감됐다. 무코발트 배터리는 2020년 제3분기에 규모화 생산에 들어갈 예정이다. 다른 1개 종류의 4원계 배터리는 더욱 양호한 내열성, 소량 가스 발생량, 고안전성 등 특성을 보유하고 있으며 2020년 제4분기에 4원계 재료 배터리 코어의 표준운영절차(SOP)를 달성할 전망이다.

기존의 3원계 시스템의 리튬이온 동력 배터리에서 양극재 원가 점유 비율이 30%~45%에 달한다. 그중 코발트 원가 점유 비율이 높다. 예를 들어 523 시스템의 코발트 원가 점유 비율은 20%에 달한다. 코발트의 희소성으로 인한 가격 변동은 배터리 코어 원가에 직접적인 영향 준다.

연구팀은 무코발트화의 2가지 핵심 기술을 파악했다. 1) 홀전자의 전자스핀이 없는 특정 원소를 도핑하여 전자의 초교환(Superexchange) 현상을 감소시킴과 아울러 Li/Ni 무질서 배열을 감소시킴으로써 전기적 성능을 향상시켰다. 2) M-O 결합에너지가 큰 원소를 도핑하여 결정체 충방전 과정에서의 체적 변화를 감소시킴으로써 안정한 구조를 형성하여 사이클 수명 및 안전성을 향상시켰다.