황성기업 LMO (23-09-07 업데이트)

→  (update) 단결정 구조의 향상


LMO  (LMO 이차전지 백과 정보보기)

사양

▷ 크기(D50) :  ~10µm 

▷ 탭밀도 :  2.7 g/cc (2000 kfg) 

▷ 용량 (25 ˚C) :  100 mAh/g (유지율: 95 % @ 100 사이클 at 0.5 C)

▷ 용량 (50 ˚C ) :  100 mAh/g (유지율: 92 % @ 100 사이클 at 0.5 C)

▷ 용량 (-20 ˚C) :  80 mAh/g (at 0.5 C)

▷ Fast discharge (30 C) :  90 % (1C 용량대비)


0.5C First Capacity : 109.66317 mAh/g

100th capacity : 99.63236 mAh/g

Capacity retention after 100 cycles : 90.8%


기술완성도 : ★★★★★  (대량양산 가능) 

생산량 :  None


스피넬구조 (Spinel) 

  • 저렴한 가격, 고속 충/방전
  • 높은 출력과 안정성 (고온/저온)


▶황성기업 LMO 특징

   -국내 최초, LMO 원천특허 등록 (한국, 미국, 중국, 영국, 독일, 프랑스)

   -Mn용출 매우 우수 (세계 최고 수준)

   -강도가 높고, 폭발 위험이 낮은 단결정 양극소재



1. LMO 시장

SNE리서치에 따르면 LMO는 현재 전기차용 배터리 산업에서 주로 블렌딩(혼합), 즉 배터리를 만들때 다른 양극재와 첨가하는 용도로 사용되고 있습니다.


LMO는 NCM 등 하이니켈 양극재와 블렌딩돼, 안정성을 보완하는 역할을 합니다.

(대부분의 하이니켈 배터리는 LMO를 필수로 혼합합니다) 

이 조합은 각 시스템에서 최선의 성능을 이끌어 내며 많은 전기 자동차의 배터리로 선택됩니다.

배터리 양극재 구성 중 LMO 혼합은 높을 경우 약 30 %이상 첨가되며, 이러한 LMO는 안정성 보완 뿐 아니라 가속시 높은 전류 부스트를 제공합니다.

NMC뿐만 아니라 NCA 등의 고가 하이니켈에 LMO를 첨가해 원재료의 원가 절감을 꾀했습니다. 현재 하이니켈 계열 배터리는 니켈(Ni)의 함류량을 88% 수준까지 올렸으며 이에 안정성을 더 하고자 LMO를 필수로 혼합 한 것을 확인할 수 있습니다.

또한 2019년 약 3천억원 시장에서 2021년 약 1조 3척억원 시장으로 급 성장하며, 이차전지 양극 소재 시장에서 LMO 사용량이 빠르게 증가하고 있습니다.


2. LMO적용분야

LMO는 1996년에 발명 되었으며 그 이후 많은 분야에 적용되어 왔습니다. 

LMO는 단기간에 많은 에너지를 전달할 수 있는 장점이 있어 전동드릴과 같은 전동공구에 사용하기에 매우 유용합니다. 

또한, LMO배터리는 폭발 안정성과 저렴한 가격 등의 장점을 가지고 의료 기기, 전기 자전거, 게임기, 노트북, 가전제품, 전기차 등 다양한 분야에 사용되고 있습니다.


3. 황성기업 LMO 경쟁력

[문제점]

LMO(LiMn2O4)는 스피넬 구조의 이차전지 양극 소재로서 해외특허 의존도가 매우 높은 양극 소재 중 하나입니다. 

특징으로는 주원료인 Mn(망간)의 가격이 낮아 가격이 저렴하고, 구조가 단단하여 안전성이 높아 고온과 저온에서도 문제없이 작동하며, 

출력이 높은 장점이 있어 고속 충ᆞ방전이 필요한 전자제품, 특히 전기차 혹은 ESS (중대형전원저장장치)와 같은 제품군에 특화된 소재 입니다.

하지만 원천특허의 문제와 용량 유지율, 3차원 구조로 충ᆞ방전이 진행되는 구조적 특성상 전지의 수명이 짧은 단점이 있습니다.


[해결방안]

이러한 단점을 극복하기 위하여 황성기업은 기존에 상용화가 어려웠던 LMO의 상용화를 위하여 생산공정을 단순화시키고, 

3상의 스피넬을 혼합하는 기술을 개발하는 등의 원천기술을 확보하여 경쟁사 LMO 대비 전기화학적 성능 향상 및 생산성을 증대시켰습니다.


전기화학적 성능의 경우 25ºC, 60ºC의 상온과 고온 특성 측정의 경우에는 경쟁사 LMO와 동등한 성능을 보여주고 있으며, 

저온환경(-20 ~ -40ºC)에서는 경쟁사 LMO보다 더 뛰어난 성능을 보여줍니다. 

급속 충전에 필수적인 고속 충전의 경우에서도 더 우월한 성능을 보여줍니다.


성능 저하의 주요 원인으로 꼽히는 전이금속의 용출의 경우 상용 LMO 제품 중 세계 최고로 평가받는 일본 경쟁사 LMO와 

용출 시험을 진행하여 비교한 결과 일본 LMO 대비 최소 4배 이상 수명이 길어지는 결과를 보였습니다.

이러한 용출 억제 성능은 현재 가장 많이 상용화 된 양극재 중 하나인 NCM 과 비교하여서도 Mn의 용출량이 적어 

(4.3 V로의 충전 후 85도에서 2주간 강산 용액에서 강제로 용출을 진행함) 뛰어난 용량 유지율을 보여주었습니다.


황성기업 LMO를 사용하여 이차전지를 만들 경우 

안전한 성능의 이차전지(전기차, ESS 등)를 장수명으로 사용 가능합니다.


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