저 코발트 배터리는 무엇이고 왜 중요한가. (Low Cobalt or Cobalt-free Batteries)

일이년 정도 전부터 저 코발트 (Low Cobalt) 배터리를 개발한다 비중을 확대한다 등 코발트 함량을 줄인 심지어 아예 없앤 배터리를 개발하는거에 많은 기업들이 힘쓴다는 것을 알 수 있다. 그런데 정작 저 코발트 배터리가 뭔지에 대해 제대로된 설명이 없고, 보기에 따라 잘못된 방향으로 가는 경우가 있어 기록한다.

먼저 리튬이온전지가 처음 상용화가 된것은 코발트 배터리 였다. 즉, LiCoO2라는 양극소재를 사용한 배터리다. 그리고 다른 소재들이 많이 연구가 되었고 그중에 지금까지도 의미를 가지고 있는 소재로 LiMn2O4, LiFePO4와 같은 소재들이 있다. 하지만 결정적으로 에너지가 높지 않아 사용화는 되었지만 시장을 주름잡지는 못하고 있다. 시장을 주름 잡은 소재는 LiCoO2에 Mn과 Ni을 넣어 Co와 섞은 소재로 LiNixCoyMn1-x-yO2라고 부른다. 그리고 우리는 NMC 또는 NCM 이라고 부르곤 한다. 

그리고 에너지와 가격을 떠나서 인권문제가 크게 발생하는데 그게 바로 콩고에서의 아동인권이다. 관련 링크 콩고에서 심각한 인권문제가 발생하고 이와 관련된 회사들이 소송이 걸리기 시작하면서 급하게 코발트를 없애면서 저 코발트 배터리가 더욱 강하게 강조되고 있다.

여기서 배터리를 발전시키는 방향에서의 저 코발트 배터리는 NMC에서 Co를 거의 없애고, Ni과 Mn으로만 사용한 소재를 일컷는다. 즉, LiNixMn1-xO2의 화학식을 가지고 층상구조를 이루는 소재를 말하는 것이다. 이것이 미래형 고에너지 고용량의 저가형 양극 소재이다. 그리고 인권문제가 적은 배터리이다. 굉장히 어렵고 현재 전세계 관련 연구자들이 목매달고 있는 중요한 문제이다.

그러면 오해를 일으키기 쉬운 저 코발트 배터리는 LiMn2O4, LiFePO4, 그리고 LiNi0.5Mn1.5O4가 있다. 이 소재들은 이미 오래전에 연구와 개발이 많이 되었고 상용화가 된 소재들이다. 저 코발트 배터리의 정의만 놓고 보면 이들 배터리도 분명 저 코발트 배터리가 맞다. 물론 인권문제도 해결가능하다. 하지만 신문이나 기업들이 이야기하는 미래형 고에너지 고용량 저 코발트 배터리는 이들 배터리가 아니다. 이들 양극 소재로는 고용량 고에너지 배터리를 만들기 어렵다.