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1. NCM (LiNixMnyCozO2)란?
- LCO에서 Co (코발트)-> Ni (니켈), Mn (망간) 대체하여 재구성한 삼원계 양극재
- 층상구조로 전이금속 (TM, Transition metal)층에 Ni, Mn, Co가 일정 비율로 존재
- 방전 시 리튬이온이 빠져나가면서 구조가 불안정해지는 단점을 가짐
2. NCM 장점
- 높은 에너지 밀도를 가져, 같은 용량 대비 배터리 무게가 가벼우며 전기차 배터리 적용 시 1회 충전으로 400km 이상 주행 가능
- LiNiO2의 고용량, LiCoO2의 충방전 수명특성의 향상, LiMnO2의 고안정성과 같은 1원계 양극재의 장점을 극대화하기 위해 전이금속 (Ni, Co, Mn) 혼합한 양극재
- NCM 811의 가역용량 (실제 사용 용량)은 210mAh/g로 LCO 140mAh/g의 가역 용량 대비 50% 높음
- LFP 대비 전자 이동도와 Li 확산속도가 높기 때문에 더 높은 전력으로 출력 가능
3. NCM 단점
- 값이 비싼 코발트 원소의 활용으로 원료의 가격이 높음 -> 배터리 팩 제조 비용 증가
- 고전압에서 발열반응이 발생하여 낮은 열적 안정성을 가짐 -> Ni 불안정성으로 인해 화재 위험성 큼
- Ni 함량이 높은 NCM 배터리는 전해액과 부반응에 의해 전지 내부에서 발생하는 가스의 양이 많아 구조적 안정성이 좋지 않음
4. NCM 발전 및 현황
- 가격이 비싼 Co 비율을 줄이고, 저렴하고 에너지 밀도를 증가시키는 Ni 비율을 늘리는 조성 개발 진행중
- Ni 비율이 높을수록 NCM 양극소재의 상용 전압 범위 내에서 가역용량이 증가하는 경향 보이지만 안정성 취약
- 전기차와 ESS에 쓰이는 중대형 2차전지에 많이 쓰이는 양극재로 전세계적 수요가 큼
5. High Ni 양극재
- Ni > 60% 이상인 양극재를 하이니켈이라 하며, 전이금속 조성에 따라 NCM622, NCM811 등으로 불림
- 하이니켈의 경우 나노 사이즈 입자들이 응집된 다결정을 띠고, 충방전 시 입자 내부 미세균열 형성으로 수명특성 저하
- 여러 금속 원료들을 하나의 입자 구조인 단결정으로 만들면, 강도, 에너지 밀도, 열적 안정성을 높여 배터리 수명 개선 가능하지만 입자 크기에 따른 성능 차이로 인해 최적화 연구 필요
6. NCM 생산 및 제조업체
- 에코프로비엠 : 글로벌 삼원계 양극재 생산 1위 업체. 삼원계 양극재가 주력 제품, 하이니켈 제품군 공급.
- LG화학 : 글로벌 함원계 양극재 2위 업체. 테슬라에 원통 배터리용 NCM 811 공급.
- 스미모토 (SMM) : 2020년 삼원계 양극재 시장 1위 기업. 파나소닉에 NCM 양극재 공급.
- 파나소닉 : NCM 원통형 배터리 제조 업체, 테슬라 공급.
- SK on : 제조단가 낮추고 에너지 밀도 향상시킨 NCM 9055 배터리 세계 최초 상용화.
7. NCM 적용 분야와 시장 전망
- 양극재 중 NCM의 비중이 가장 높으며 연평균 성장률 또한 큰 폭으로 증가
- 전기차, HEV 배터리에 탑재되는 양극재는 NCM 배터리가 주로 사용
- 태양열 발전소에서도 많이 사용
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