- 전해액: 리튬이온 양극과 음극 사이를 잘 이동할 수 있게 하는 물질

- 구성: 리튬염, 용매, 첨가제

- 리튬염: 리튬이온이 지나갈 수 있는 이동통로, 용매: 염을 용해시키기 위해 사용되는 유기액체, 첨가제: 용매와 반응해 보호막을 만들어 불순물생성 억제, 양극재 표면 보호하는 역할

- 전통적 리튬염: LiPF6 – 음이온 크기가 크고 이온전도도 우수 -> 현재는 고출력을 위해 LiFSI, LiPO2F2, LiDFOP 등을 첨가해서 사용

- 최근 가장 많이 쓰이고 있는 리튬염은 LiBF4, LiFSi임

- 용매: 고리형 카보네이트(EC, PC 등)를 기본용매로 하고 사슬형 카보네이트(DMC, DEC, EMC 등)를 보조용매로 함

- 두 가지 용매 사용하는 이유: 기본용매는 유전율 높아(즉, 전기장 세기가 작아짐) 리튬염을 녹여 양/음이온이 쉽게 분리, 다만, 점도가 높아 전해액 내 리튬 양이온의 빠른 이동 방해. 이에 점도 낮은 보조 용매 첨가하는 것

• 배터리재활용및수직계열화로인한재료비원가혁신본격화

• 한국양극재밸류체인중심으로기술혁신가속화진행중

• 배터리재활용(메탈회수) -> 전구체, 수산화리튬 ->양극재제조

분리막 (Separator)은 2차전지의 4대 소재 중 하나이며, 배터리 내부의 양극과 음극을 분리하는 초박막 (필름)이다. 리튬이온 배터리는 충방전에 따라 리튬이온이 반대 방향으로 움직이는데, 충전 시에는 리튬이온이 양극에서 음극으로, 방전 시에는 음극에서 양극으로 이동한다. 분리막은 이러한 과정에서 전기적으로는 양극과 음극을 절연시켜 양극과 음극의 직접적인 접촉에 따른 단락을 방지한다. 양극과 음극의 직접 접촉을 막는 이유는 양극과 음극이 직접 접촉 시 리튬이온의 운동성이 강해져 폭발 위험이 높아지기 때문이다. 또한 리튬이온만 자유롭게 드나들 수 있는 미세한 기공을 다량 보유하고 있어 이를 통해 배터리 내에서 전류가 흐를 수 있도록 하는 역할도 담당하고 있다.

분리막을 사용하면 양극과 음극을 최대한 가깝게 근접시킬 수 있기 때문에 배터리 내부의 저항을 줄일 수 있고, 이는 배터리의 효율과 출력을 높이는 결과를 낳는다. 또한 분리막은 배터리 내부 온도가 일정 수준 이상 올라가게 되면 표면에 위치한 기공들이 막혀 리튬이온 이동을 차단해 화재 위험을 방지하기도 한다. 이처럼 양/음극의 ‘분리’와 리튬이온 ‘통과’라는 이중적인 역할을 수행하면서도, 각각의 효율을 최대한 끌어내는 것이 분리막의 기술력이다.

전해질과 첨가제가 핵심

전해액은 양극과 음극의 리튬이온 이동통로를 제공하는 매개체로 전해질(리튬염), 유기용매, 첨가제로 구성되며, 배터리 셀 재료비 원가구조에서 8%를 차지한다. 제조방식은 유기용매에 전해질을 용해한 후 성능 향상(에너지밀도, 수명, 안정성 등)을 위해 소량의 첨가제를 추가한다.

핵심은 전해질과 첨가제다. 전해액 원재료 원가구조에서 전해질(45%)과 첨가제(30%)가 가장 많은 비중을 차지하고 있고 그만큼 핵심역할을 하고 있다.

먼저 전해질은 용매에 해리되어 이온으로 전류를 흐르게 하는 소재로서, 배터리의 충전과 방전 기능을 담당하고 있다. 전해질 소재로는 높은 이온전도도와 안정성을 갖춘 LiPF6(Lithium Hexafluorophosphate)가 주로 사용되고 있고, 이외에 대체재로 LiPO2F2, LiDFOP, LiBOB가 사용된다.

최근 배터리 화재 이슈가 자주 불거지며 과충전 방지 전기분해 지연 난연성 등 안전성 향상을 위해 첨가제의 역할이 더욱 중요해지고 있다. 전해액 첨가제는 양극과 음극표면에서 화학적 반응 또는 흡착 과정을 통해 보호막을 형성하여 안전성을 향상시키는 역할을 한다. 또한 전해질과 유기용매에 직접 작용하여 안정성과 이온전도도를 높이고 불순물을 제거하기도 한다. 대표적인 첨가제 AN(Adiponitrile) 과 SN(Succinonitrile) 은 배터리 과방전 시의 구리 산화를 억제하기 위해 사용되는 첨가제다. 

분리막 소재의 가공 방식에 따라 건식과 습식 분리막으로 구분되는데 , 건식은 기계적으로 기공을 만들어 제조공정이 간단하지만 기공 크기를 균일하게 만들기 어렵고 강도가 상대적으로 약하다 반면 습식은 첨가제를 추가해 화학적으로 기공을 만들기 때문에 제조공정이 복잡해 가격이 높지만 기공 크기를 균일하게 만들 수 있어 리튬이온이 더욱 자유롭게 이동 가능하고 기계적 강도가 강해 튼튼하다

EV 및 배터리 수요 증가에 따라 분리막 수요도 급증하는 가운데 EV 용으로는 건식보다 습식이 더 유리 하다 EV 용 분리막 채택에 있어 가장 중요한 3 가지는 품질 균일성, 고강도, 박막화다 습식 분리막은 건식에 비해 기공 크기가 균일하고 기계적 강도가 강하며 박막화에 유리하다 최근 배터리의 에너지밀도가 점점 높아지며 보다 얇고 안전한 분리막 채용 수요가 증가하며 습식 분리막 수요가 증가하고 있다