2차 전지 소재 분리막 핵심만 알아보자!

 

2차 전지 소재로는 양극재 음극재 분리막 전해질이 이렇게 네 가지로 구분할 수 있습니다.

이 중에서 양극재가 2차 전지 내에서 가장 많은 부분을 차지하고 있습니다.

오늘은 이 중에서 분리막에 대해서 간단~ 하게 알아보도록 하겠습니다!

분리막의 역할

◆ 일종의 필터 역할

◆ 양극과 음극이 섞이지 않도록 물리적으로 막아주는 역할.

◆ 양극, 음극이 만나게 되면 폭발에 하게됨. 화재가 나는 것임.

◆ 그렇다고 양극, 음극을 완전히 분리시키면 리튬이온이 전달되지 않아 충방전이 이뤄지지 않음.

◆ 약 30~50 나노미터 크기의 기공(구멍)이 있어서 그 기공을 통해서 리튬이온이 이동할 수 있게끔 해줌.

◆ 내부의 미세한 구멍을 통해 리튬 이온만 이동하게 하고, 전자가 전해액으로 직접 흐르지 않도록 함.

◆ 다공성 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이 상용화돼 있고, 제조공정에 따라 습식과 건식으로 나뉜다

 

마지막에서 보았듯이 분리막은 건식분리막과 습식분리막 두 가지의 종류가 있습니다.

그림으로 살펴보면 다음과 같습니다.

 

 

왼쪽이 건식이고 오른쪽이 습식입니다.

한눈에 봤을 때는 뭐가 더 좋아 보이나요? 위에 그림은 분리막 구조를 엄청나게 확대한 그림입니다.

확대했을 때 작은 구멍들이 송송송송 보이지요? 저것이 바로 기공이라고 불립니다.

기공을 통해서 리튬이온이 왔다 갔다 할 수 있는 겁니다.

약 크기가 30~50 나노미터 크기라고 합니다.

 

내부의 미세한 구멍을 통해 리튬 이온만 이동하게 되고 전자가 전해액으로 직접 흐르지 않도록 해야 합니다.!

전자가 전해액과 만나면...

엄청난 일이 일어나거든요

바로 폭발!

 

지금은 건식분리막 보다 습식분리막을 더 많이 사용하는 편입니다.

두께도 조금 더 안정적이며 시장 규모도 습식이 더 많은 것을 확인할 수 있습니다. 

 

위에 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)라고 나와있는데

네이버의 지식백과를 잠깐 빌리면

폴리프로필렌은 PP라고 있는데 일상생활에서 편의점이나 슈퍼에서 사 먹는 빵 봉지 뒷면에 보이면

 PP라고 많이 나와있는 것을 보실 수 있을 겁니다!

 

그렇다면 두 건식 및 습식 분리막은 어떻게 만들어질까요??

 

아래는 건식분리막을 만드는 과정입니다.

위에 Micro-craze라는 것이 기공입니다.

위에 cold 스트레칭과 hot 스트레칭을 볼 수 있는데 차갑거나 뜨겁게 해서 당기는 것을 말합니다.

당기면서 약간 벌어지면서 그 과정에 기공 즉 구멍이 생긴다는 말입니다.

 

Stress Direction이라고 해서 이건 위아래로 당기는 것을 말합니다.

 

 

다음은 습식 분리막을 만드는 과정입니다. 

습식과정은 더 복잡해서 인지 뭔가 더 어렵네요. 

 

 

현재 분리막을 하는 기업은 다음과 같습니다. 일본제 조사 아사이 및 SK 아이이테크놀로지도 보이네요

위에 SK Energy가 SK아이이테크놀로지를 지칭합니다.

 

현재 습식 분리막은 1위가 SK아이이테크놀로지이며  2위가 아사히, 3위가 일본의 토레이입니다.

건식분리막 보다 초기투자비용이 높아 높은 진입장벽도 있습니다.

 

 

정리하면 다음과 같습니다!!

 

분리막을 잘 만들기 위해서는

첫째 박막성(굵기) 그다음으로 통기성 고내열 강도 접착 차단성이 잘 이루어질 수 있어야 합니다. 

그런데 최근 이러한 분리막 보다 더 좋게 만들기 위해 세라믹 코팅을 해준다고 합니다.

 

 

분리막은 액체전해질에서 사용가능합니다. 반대로 말하면 고체전해질에서는 사용할 필요가 없죠.

그런데 그 고체전해질을 만드는 과정 자체가 상당히 오랜 시간이 소요됩니다.

개발할 기술력은 가지고 있으나 아직 상용화하기에는

멀었다는 기술이죠. 

 

그 기술력도 아주 작은 건전지정도나 만들 수 있지 대형 자동차에 적용할 수 있는 것은

상당한 기술력을 요한다고 생각합니다.

 

최근 SK아이이테크놀로지의 주가도 많이 오르고 실적도 조금씩 회복하고 있는 상황입니다.

한 때 전고체배터리 때문에 주가가 많이 안 좋은 기억도 있었는데

조금씩 회복하는 모습을 보니 다행인 생각도 들고..

 

우리나라 기업으로 WCP라는 회사도 있습니다. SK아이이테크놀로지보다 나중에 상장된 회사인데

국내 2위 기업이지만 아직 글로벌 1-Tier가 아닌 2-Tier 수준입니다.

 

아무튼 분리막은 배터리 내 원가 비중이 16%로 양극재 다음으로 높습니다.

언젠가는 전고체 배터리로 갈 수밖에 없는 것은 팩트이긴 하나 향후 전고체 배터리가 상용화될 때까지 위협으로

받아 들어야 할지 여전히 분리막 업체들의 증설과 R&D 투자로 매수의 기회로 받아들여야 할지는

더 많은 생각이 필요한 부분이네요.

 

오늘 전해질의 설명은 여기서 마치도록 하겠습니다

감사합니다~