[EU영국 원천특허/기술] (LMO-R)리튬이차전지용 양극활물질, 제조방법


특허정보

Patent information


특허번호 : EP2500967

Patentee  : HWANGSUNG Corp.

Completion of acquiring original patent for rechargeable battery in United Kingdom

제품명 : LMO-R (LiMn2O4)


[REOB] LMO-R 사양

크기(D50)

~10µm 

탭밀도

2.7 g/cc (2000 kfg)

용량 (25 oC)

100 mAh/g (유지율: 95 % @ 100 사이클 at 0.5 C)

용량 (50 oC)

100 mAh/g (유지율: 92 % @ 100 사이클 at 0.5 C)

용량 (-20 oC)

80 mAh/g (at 0.5 C)

Fast discharge (30 C)

90 % (1C 용량대비)


[REOB] LMO-R Specification

Size(D50)

~10µm 

Tap density

2.7 g/cc (2000 kfg)

Capacity (25 oC)

100 mAh/g (retention: 95 % @ 100 cycle at 0.5 C)

Capacity (50 oC)

100 mAh/g (retention: 92 % @ 100 cycle at 0.5 C)

Capacity (-20 oC)

80 mAh/g (at 0.5 C)

Fast discharge (30 C)

90 % of rated capacity (1C)




TRL 단계 : 9단계



1. 필수 양극재 LMO


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

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

대부분의 하이니켈 배터리는 LMO와 혼합된다. 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 꾀했다. 현재 하이니켈 계열 배터리는 니켈(Ni)의 함류량을 88% 수준까지 올렸으며 이에 안정성을 더 하고자 LMO를 필수로 혼합 한 것을 확인할 수 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 의료 기기 및 장비, 전기 자전거, 노트북, 가전제품, 전기차 등에도 사용될 수 있습니다.



3. REOB LMO-R 경쟁력


LMO는 스피넬 구조를 지니는 LiMn2O4 양극 활물질의 약자로 금속 산화물의 원료가 되는 망간의 가격이 낮아 가격이 저렴하고, 구조가 단단하여 안전성이 높아 고온과 저온에서도 문제없이 작동하며, 출력이 높은 장점이 있어 고속 충ᆞ방전이 필요한 전자제품, 특히 전기차 혹은 ESS (중대형 전원저장장치)와 같은 제품군에 특화된 제품이라고 할 수 있습니다.

하지만, 원천특허의 문제와 아직까지 LMO 자체의 품질을 올리기가 어려운 단점, 3차원 구조로 충ᆞ방전이 진행되는 구조적 특성상 전지의 수명이 짧은 단점이 있습니다.

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

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

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

저온환경(-20 ~ -40ºC)에서는 기존 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 잘 알려진 일본 ND社의 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 수명 유지력을 보여주었습니다.

이렇게 성능이 뛰어난 REOB의 LMO-R을 사용할 경우 전기차 폭발사고가 한번도 일어나지 않았다는 N社-L 전기차와 같이 

안전한 성능의 전기차를 장수명으로 사용이 가능하다고 이야기할 수 있습니다.



4. 주요 6개국 원천특허


이차전지(배터리) 주요 6개국에 원천특허를 등록하여 특허 침해 분쟁에서 자유롭습니다.

한국, 미국, 영국, 프랑스, 독일, 중국 에 원천특허를 등록하여 기술과 제품이 안전하게 보호되고 있습니다.

또한 원천특허를 보유하여 현지에서 사업화가 가능하다는 매우 우수한 경쟁력을 가지고 있습니다.



5.시장규모


이차전지 사장조사업체 SNE리서치는 지난 20일, ‘리튬이차전지 양극재 기술동향 및 시장전망’ 보고서를 발표하며 

글로벌 리튬이온 이차전지용 양극재 시장 수요량은 2025년 약 275만톤까지 증가할 전망이라고 밝혔습니다.

이는 2019년 약 46만 톤 대비 6배까지 증가하는 수치로 연평균 33.3% 성장률에 달하는 양입니다.

전기자동차 시장의 확대로 인해 리튬이차전지 시장이 폭발적으로 성장하면서 양극재 수요도 대폭 늘어날 전망입니다.

양극재 소재별 수요량은 2018년 기준 니켈·코발트·망간(NCM)이 약 15만 6,000톤으로 가장 많은 비중 (43%)을 차지했습니다.

이어 리튬·코발트·산화물(LCO)이 8만 5,000톤(23%), 리튬·인산·철(LFP)이 5만 8,000톤(16%), 니켈·코발트·알루미늄(NCA)이

5만 5,000톤(15%), LMO는(3%)의 비중을 차지한다. NCM을 포함한 리튬 이차전지 양극재 수요가 증가함에 따라 

NCM 또는 NCA에 블렌딩되는 LMO의 수요 또한 마찬가지로 증가할 것이라고 예측됩니다 

성장률 또한 기하급수적으로 증가할 것이 분명해보인다는 전망이다. 또한 폭발 안정성 확보를 위해 LMO의 비중을 

NCM만큼 올리는 연구가 진행되고 있어 LMO에 대한 실수요는 기대 이상의 증가가 예상됩니다.


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