배터리 전구체는 배터리의 주요 구성 요소를 합성하기 위한 기초 화합물이나 물질을 의미합니다.
전구체는 배터리의 주요 성분인 양극, 음극, 전해질, 분리막 등과 같은 물질을 합성하기 위해 사용됩니다.
전구체는 배터리의 성능과 안정성을 높이는 중요한 역할을 하며,
각 전구체는 특정한 화학 반응을 거쳐 원하는 배터리 재료로 변환됩니다.
1. 양극 전구체 (Cathode Precursor)
양극 재료는 리튬 이온 배터리에서 중요한 역할을 하며, 양극의 주요 전구체는 리튬 금속 산화물입니다.
가장 흔히 사용되는 양극 전구체로는 리튬 코발트 산화물( ), 리튬 철 인산염( ) 및 리튬 니켈 코발트 망간 산화물( )이 있습니다.
리튬 코발트 산화물 ( ): 이 전구체는 리튬 이온 배터리의 양극 재료로 가장 많이 사용됩니다.
리튬과 코발트가 결합된 산화물로, 주로 휴대폰, 노트북 등에 사용되는 배터리에서 사용됩니다.
리튬 니켈 코발트 망간 산화물 (NCM): 고에너지 밀도와 긴 수명을 제공하는 전구체로, 전기차(EV) 배터리에 사용됩니다.
리튬 철 인산염 (LFP): 가격이 저렴하고 안정성이 뛰어난 양극 재료로, 전기차 및 대형 에너지 저장 시스템에서 사용됩니다.
2. 음극 전구체 (Anode Precursor)
음극 재료는 리튬 이온 배터리에서 전자를 저장하는 역할을 하며, 주로 그래핀이나 흑연(Graphite)이 사용됩니다. 또한 실리콘 기반 음극 재료도 중요한 연구 대상입니다.
- 흑연 (Graphite): 리튬 이온 배터리의 음극 재료로 가장 많이 사용됩니다. 리튬 이온이 흑연 층 사이에 삽입되어 전기를 저장합니다.
- 실리콘 (Silicon): 실리콘 음극은 더 많은 리튬 이온을 저장할 수 있어 에너지 밀도가 높지만, 부피 팽창 등의 문제로 연구가 진행 중입니다.
실리콘 기반 음극은 고용량 배터리의 전구체로 중요한 역할을 합니다.
3. 전해질 전구체 (Electrolyte Precursor)
전해질은 배터리 내에서 이온의 이동을 돕는 역할을 하며, 전해질 전구체는 리튬 염, 유기 용매, 또는 고체 전해질 등으로 구성됩니다.
- 리튬 헥사플루오로포스페이트 (LiPF₆): 리튬 이온 배터리의 전해질에서 가장 일반적으로 사용되는 리튬 염입니다.
리튬 이온을 용액에 용해시키고, 전해질로서 이온 전도성을 제공합니다.
- 리튬 비스(옥시알킬) 탄산염 (LiPF₆ / LiBF₄): 고용량 리튬 이온 배터리에서 안정성을 높이고, 성능을 향상시키는 전구체로 사용됩니다.
4. 배터리 분리막 전구체 (Separator Precursor)
분리막은 배터리 내에서 양극과 음극이 직접 접촉하지 않도록 하여 단락을 방지하고, 이온만을 통과시키는 중요한 역할을 합니다.
분리막 전구체는 폴리머로 주로, 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 등이 사용됩니다.
- 폴리올레핀: 배터리 분리막 전구체로 널리 사용됩니다.
높은 기계적 강도와 전기 절연성을 가지고 있으며, 리튬 이온 배터리의 안전성에 중요한 역할을 합니다.
5. 고체 전해질 전구체 (Solid Electrolyte Precursor)
고체 전해질 배터리(Solid-State Battery)에서 고체 전해질 전구체는 리튬 이온을 전달하는 역할을 합니다.
고체 전해질은 리튬 이온 배터리에서 액체 전해질 대신 사용되며, 안전성을 높이고 에너지 밀도를 개선하는 데 기여합니다.
- 리튬 인산염 (Li₃PS₄): 고체 전해질로 사용되는 물질로, 리튬 이온 전도성이 뛰어나며, 고체 상태에서도 전기를 잘 전달합니다.