여러분, 안녕하세요. 지난번 영상이었던 '반도체 이해하기'가 생각보다 인기가 많았어요.

그동안 어려웠던 반도체 개념이 한 번에 정리가 된다고 칭찬을 많이 해주셔서 이번에는 2차전지로 가져왔습니다.

그 전에 반도체 이 영상도 꼭 같이 봐주시길 바랄게요.

반도체에 이어서 2차전지 또 나름대로 쉽게 설명해 드리려고 열심히 준비했으니까요.

구독, 좋아요 먼저 눌러주시고 오늘 영상도 최대한 쉽게 핵심만 쏙쏙 알려드리겠습니다.

자, 여러분 오늘은 필기를 하시면서 들으시면 좋아요.

그래서 노트랑 펜 지금 가져오세요. 가져오셨죠?

그럼 지금 바로 시작하겠습니다. 2차전지 3월에 주도하던 테마였습니다.

정말 가파른 상승세를 보여줬고요. 많은 투자자들의 관심이 2차전지 관련주로 쏠려 있다 보니까 관련 기사들, 증권사 리포트 정말 많이 쏟아져 나왔습니다.

이 2차전지 관련 기사를 보면 양극재, 음극재, 분리막, 전해액, 배터리, 셀, 모듈.

굉장히 여러 가지 단어들이 나오는데 어려우셨죠?

저도 문과라서 당연히 이런 내용들 어렵게 느껴지지만요.

그래도 공부해야죠. 못한다고 어렵다고 미루면 앞으로 나아가지를 못합니다.

적어도 시장에서 관심을 갖는 산업, 내가 투자하는 산업에 대한 이해는 반드시 필요하다고 보고요.

제가 쉽게 설명해 드릴 테니까 같이 공부해 보자고요.

1차전지 얘기를 먼저 하면 쉬울 것 같은데요. 우리가 반도체를 공부할 때 도체랑 반도체로 구분을 했던 것처럼 1차전지가 있고 2차전지가 있습니다.

1차전지는 충전을 할 수가 없습니다. 1차전지를 사용하면 방전만 되는 거예요.

일회용 건전지가 1차전지라고 할 수 있겠습니다. 반면에 2차전지는 충전이 가능합니다.

자, 우리가 스마트폰을 사용해야 되는데 배터리가 계속 방전만 되고 충전이 안 되면 곤란하겠죠?

더불어서 일회용 건전지는 계속 버려지니까 환경 문제도 심각합니다.

하지만 2차 전지는 충전이 가능하기 때문에 친환경적이고 경제성도 있어요.

따라서 2차 전지는 스마트폰, 전기차 등에 사용이 되고 있습니다.

자, 그럼 과연 2차 전지 내부는 어떻게 생겼길래 이렇게 충전이 가능할까요?

지금 이 사진은 삼성 SDI에서 만든 배터리입니다.

겉모습은 우리가 일반적으로 알고 있는 배터리의 형태인데요.

이번에는 배터리의 겉모습 말고 내부를 살펴보겠습니다.

내부를 들여다봤더니 이 배터리를 구성하는 4가지 요소를 확인할 수가 있습니다.

바로 양극재, 음극재, 분리막, 전해질입니다. 자, 앞으로 2차 전지 관련 기사에서 양극재, 음극재, 분리막, 전해질 이 4개의 단어가 나온다면 '아, 이건 바로 2차 전지를 구성하는 요소구나'라고 생각해 주시면 되겠습니다.

자, 그럼 지금부터는 이 4가지 구성 요소들을 하나씩 살펴보기 전에 2차 전지에서 굉장히 중요한 역할을 하는 리튬을 먼저 넘어가겠습니다.

2차전지에서도 뭐 니켈 수소전지, 납축전지, 니켈 카드뮴 여러 가지 종류가 굉장히 많은데요.

현재 배터리 종류에서 가장 많이 쓰이고 있는 것이 바로 리튬 이온 전지입니다.

쉽게 말해서 배터리 안에 리튬이 들어가 있어요. 왜 많고 많은 물질 중에서 리튬이 가장 많이 사용이 될까요?

2차전지가 충전이 되고 방전이 되는 원리를 먼저 간단하게만 말씀을 드리자면 양극에 있던 리튬 이온이 음극으로 이동하면 충전이고요.

음극에 있던 리튬 이온이 양극으로 이동하면 방전이 되는 원리거든요.

그러니까 이 리튬이 충전이랑 방전이 되는 과정에서 왔다 갔다 왔다 갔다 해야 됩니다, 여러분.

왔다 갔다는 잘하려면 어떤 특징이 있어야 될까요?

바로 가벼워야 이동하기가 쉽겠죠.

리튬은 가볍습니다. 수소와 헬륨 다음으로 세 번째로 가벼운 물질이 리튬이에요.

그리고 리튬이 다른 물질과 비교했을 때 에너지 용량도 크고 오래 쓸 수도 있어서 리튬 이온 전지가 가장 많이 사용되고 있습니다.

여기까지 이해되시죠? 자 그럼 본격적으로 2차 전지를 구성하는 4가지 요소를 알아보겠습니다.

첫 번째 양극재입니다. 제가 앞서 배터리에는 리튬이 들어간다고 했잖아요. 그 리튬이 들어가 있는 공간이 바로 양극입니다.

우리 배터리의 구성 요소 4가지 중에서 가장 중요하다고 할 수 있는 게 바로 양극재예요.

그래서 양극재는 배터리의 심장이다라고 표현을 하고 있습니다.

왜냐하면 배터리의 용량과 원가에 가장 큰 영향을 미치기 때문이에요.

이 배터리 용량 왜 중요할까요?

내가 스마트폰을 사도 한 번 충전하면 이틀을 쓸 수 있는 스마트폰이랑 하루를 쓸 수 있는 스마트폰이 있다면 당연히 이틀을 쓰는 스마트폰을 사겠죠.

전기차라면 더더욱 완충하고 주행거리가 긴 자동차를 선택을 하겠죠.

따라서 양극재는 배터리에서 용량과 사용 시간을 결정하는 중요한 역할을 합니다.

자, 그런데 우리가 배터리를 충전하거나 사용할 때 배터리 내부에서 여러 가지 반응들을 하잖아요.

자, 그런데 리튬 자체만으로는 반응이 좀 불안정합니다.

따라서 리튬이랑 양극활 물질이라고 해서 양극에서 배터리 전극에 반응하는 물질을 더하는데요.

이 양극활 물질에는 니켈, 알루미늄, 망간, 코발트, 인산철을 활용을 합니다.

바로 이 부분이 배터리 원가에 40%를 차지하는 이유라고 볼 수가 있겠습니다.

왜냐하면 여러 가지 원자재가 들어가고요. 이 원자재에 대해서 수급이 불안해지면 가격이 오를 수밖에 없기 때문입니다.

이해되시죠? 근데 여기서 이 물질들을 어떻게 구성하고 비율을 조합하느냐에 따라서 또 성질이 달라지는데요.

조금은 어려울 수 있는데 이 부분은 3번 반복해서 들어주세요. 자, 니켈, 코발트, 알루미늄으로 조합하면 NCA 배터리라고 하고요.

니켈 코발트 망간으로 조합하면 NCM 배터리라고 하고요.

인산이랑 철이랑 조합하면 LFP 배터리라고 합니다. 자, 이때 NCA랑 NCM 배터리는 세 가지 물질을 사용했기 때문에 3원계 배터리라고 하고요.

LFP는 인산이랑 철 이렇게 두 가지 물질을 사용했기 때문에 2원계 배터리라고 합니다.

국내 배터리 3사는 보통 3원계 배터리를 사용하고요.

LG 에너지 솔루션이랑 SK온은 니켈 코발트 망간을 사용하는 NCM 배터리를, 삼성SDI는 망간 대신에 알루미늄을 사용하고 있는 NCA 배터리 방식을 채택하고 있습니다.

더불어서 올해 정말 많이 상승했던 에코프로비엠 양극재 생산 국내 1위 기업이고요.

그중에서 NCA 배터리 부분에서 세계 점유율 2위를 차지하고 있습니다.

반대로 중국은 2원계 배터리를 사용을 해요.

2원계 배터리는 3원계보다 에너지 밀도가 좀 낮아서 주행거리가 짧은 단점이 있지만요.

장점은 가격이 저렴하고 화재에 대한 안정성이 높다는 장점이 있습니다.

자, 지금 화면에 보이는 표는 LFP 즉, 인산철계 배터리와 삼원계 배터리를 비교한 자료인데요.

소재나 밀도, 제조원가, 위험성과 생산국가 비교해서 함께 봐주시길 바라겠습니다.

추가적으로 말씀드리자면 어쨌든 우리나라는 중국과 배터리 경쟁을 하는 입장이잖아요.

중국은 인산철계를 쓰고 있고 우리나라는 삼원계를 쓰고 있는데 2021년에 테슬라가 인산철계 배터리를 테슬라 전기차에 탑재하겠다라고 발표를 하면서 우리나라 국내 기업들은 삼원계가 주력이라고 했잖아요.

그래서 당시에 배터리 기업들 주가가 하락하기도 했습니다.

따라서 현재 국내 기업들은 가격이 저렴한 인산철계 배터리에 대응을 하기 위해서 니켈 코발트가 좀 비싸거든요.

이 물질의 비중을 좀 낮추고 상대적으로 저렴한 망간의 비중을 높여서 하이 망간 배터리를 개발해서 이원계 배터리에 대항하기 위해서 노력하고 있습니다.

자, 이제 양극재에 대한 개념은 어느 정도 잡히셨죠?

그럼 이어서 음극재 넘어가 있습니다.

제가 앞서서 리튬이 들어있는 공간이 양극이라고 했잖아요. 근데 우리가 충전기를 딱 꼽으면 양극에 있던 리튬 이온이 음극으로 이동을 합니다.

서서히 리튬 이온이 이동을 하면서 충전이 되는 과정이 있겠죠. 그럼 음극에서는 이 리튬 이온을 잘 저장을 하고 있다가 우리가 스마트폰이나 전기차를 사용하면 그때 리튬 이온을 방출하면서 전류를 흐르게 하는 역할을 하는 게 바로 음극재입니다.

앞서 양극재가 배터리 용량을 결정했다면 음극재는 배터리 수명에 중요한 역할을 하고요.

배터리 원가의 15%를 차지합니다.

우리가 처음 스마트폰을 샀을 때보다 2, 3년이 지나면 완충을 해도 배터리가 금방 닳잖아요.

얼마나 배터리를 오래 쓸 수 있느냐를 결정하는 게 바로 음극재라고 할 수 있어요.

자, 앞서서 양극재에서 양극 활 물질은 니켈, 코발트, 망간 등이 있었던 것처럼 음극 활물질도 있는데요.

바로 흑연입니다. 이 흑연이 리튬이온을 저장할 수 있게 하는 역할을 하고 있어요.

그런데 최근에는 차세대 소재로 실리콘이 주목을 받고 있습니다.

이 실리콘은 흑연보다 리튬이온을 10배 정도 많이 저장을 할 수 있기 때문에 차세대 소재로 주목을 받고 있어요.

자, 이렇게 많은 리튬이온을 저장할 수 있다는 장점이 있는 반면에 실리콘의 단점은 팽창을 한다는 단점이 있습니다.

충전이랑 방전을 반복하는 과정에서 실리콘이 팽창을 하게 되는데요.

그렇게 되면 내부의 전자를 파괴한다는 단점이 있기 때문에 이 부분에 대해서는 아직 기술 개발이 필요한 상황입니다.

세 번째로는 전해액입니다. 제가 앞서 리튬이온이 충전과 방전을 하는 과정에서 양극이랑 음극을 왔다 갔다 한다고 했잖아요.

리튬 이온의 이동 수단이 되는 것이 바로 전해액입니다.

쉽게 말해서 리튬이온이 양극이랑 음극을 잘 왔다 갔다 할 수 있도록 도와주는 매개체라고 생각을 하시면 되는데요.

배터리가 작동이 되는 과정에서 이 전해액이 혹시라도 반응을 일으켜서 배터리 성능이 저하되면 안 되잖아요.

따라서 전해액의 특징은 배터리의 성능을 결정하고요. 배터리 원가에 10에서 15%를 차지합니다.

자, 여러분, 그런데 전해액이라는 것은 리튬 이온을 이동시키는 매개체가 액체라는 뜻이겠죠?

이 전해액의 액체는 온도 변화에 민감해서 배터리를 팽창시키기도 하고요.

배터리 누액 문제도 발생시킬 수 있습니다.

그래서 최근에 배터리 업계에서 주목하고 있는 굉장히 개발에 박차를 가하고 있는 것이 바로 전고체 배터리입니다.

들어보셨을 것 같아요. 이 전고체 배터리는 액체 전해액을 사용하지 않고 고체 전해질을 사용하기 때문에 당연히 누액에 대한 문제도 없고요.

2차전지 어렵다면? 이 영상을 시청하세요🎈 양극재, 음극재, 분리막, 전해질 완벽 이해시켜드림👍

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