나를 위한 기록

요즘 LFP (LiFePO4)에 관한 기사가 많이 나온다. 굉장히 오래된 고전 소재라서 잊혀진지 오래인 소재가 오랜만에 여기저기서 나오니 반갑기도 하고 의아하기도 하다. 우선 이와 관련해서 의견을 기록한 것이 있으니 링크들을 밑에 남겨 둔다. 리튬인산철 LFP 양극의 소재 특성, 테슬라(Tesla)의 CATL LFP 사용 CATL의 LFP(리튬인산철, LiFePO4)를 사용하기로한 테슬라(Tesla)의 의도 LFP는 1990년대 초에 2019년에 노벨화학상을 수상한 John Goodenough 교수님에 의해서 발명된 리튬이온전지 양극재다. 처음 발명되었을 당시에는 전기전도도가 좋지 못해 성능이 좋아 보이지 않았지만, 오랜 연구 끝에 탄소 코팅을 통해 LFP의 진가가 발휘되었다. MIT 연구팀에 의해 Nature 본지에 연구가 실렸는데 1분 충전 방전이 가능한 소재로 보고 가 되었다. 당시 큰 화제가 되었고 우여곡절이 있었지만 결국 중국 전기 버스에 적용이 되고 상용화가 되었다. CATL이 이를 주로 해왔고 현재까지 생존(?)하고 있는 좋은 양극 소재 중에 하나이다. 탄소 코팅을 통해 빠른 충방전이 가능한 거의 몇 안되는 양극 소재중에 하나이고, 안정성이 높아 사이클 수명이 굉장히 좋다. 또한 온도 안정성도 좋아 그 쓰임새가 다양하고 쉬운편 이다. 단점은 에너지가 작다. 용량은 165 mAh/g 정도에 전압이 3.25 V vs. Li/Li+다. Ni-rich NMC계열의 층상구조 양극이 200 mAh/g 정도 용량에 3.8 V vs. Li/Li+ 정도의 전압인걸 고려하면, 중국을 제외하고는 작은 에너지 때문에 요즘은 거의 자취를 감춘 소재이다.  LFP 무게당 부피당 에너지가 작아서 버스를 제외한 전기자동차에서는 사용하지 않았지만, 최근 Tesla가 CATL과 연합해 LFP를 사용해 에너지를 늘리고 전지 가격을 내리겠다는 기사를 내서 화제 가 된 것이다. 이것에 대한 루머가 많았는지 최근 LFP에서 Mn을 더 넣어 발전시킨 LMFP (Li...

LFP에 대한 관심이 많다. 유튜브나 관련 글을 보다 보니 잘못된 정보가 종종 있다. 그래서 확실한 정보를 기록을 해야겠다는 생각이 들어 관련 글을 하나 더 쓴다. LFP는 에너지, 용량, 전압이 근본적으로 적다. 간혹 CATL 또는 Tesla가 이를 기술 개발을 통해 극복한게 아니냐는 유튜브나 글이 있는데 사실이 아니다. LFP는 이 소재의 특성을 극복할 수 없다. LFP의 용량은 165 mAh/g 이하이고, 전압은 3.25 V vs. Li/Li+이다. 이보다 높아지는건 불가능하다. 4~5년 전에는 165 mAh/g 용량을 전부 발현하기 기술적으로 어려웠으나 지금은 150 mAh/g 정도는 무난히 달성하는 것 같다. 적은 에너지 (용량 x 전압)가 가장 큰 단점이고, 다른 단점들은 전기 전도도가 낮고, 리튬의 확산 채널이 1개라서 막힘 현상이 있다는 것이다. 하지만 이 두 단점은 이미 해결되었다. 공정비용이 늘긴 했지만 어찌 되었건 비정질 탄소 코팅을 하고, 입자 크기를 줄이면서 해결이 되었다.  그렇다면 장점은 긴 수명, 열 안정성과 출력 특성이다. LFP는 개발된 모든 양극소재를 통틀어 제일 좋은 수명, 열안정성, 출력 특성을 가지고 있다. 이 것이 중국이 버스에 오래전부터 사용해온 이유일 것이다. 에너지가 작지만 버스는 크므로 공간이 많아 많이 실으면 된다. 그리고 수명이 좋고, 열안정성이 좋아 안전하다. 또한 무거운 버스가 움직이기에 필요한 출력 특성을 뒷받침 해주기  때문이다.  * 2020년 2월 25일 - CATL의 LFP(리튬인산철, LiFePO4)를 사용하기로한 테슬라(Tesla)의 의도 - https://joseph-forest.blogspot.com/2020/02/catl-lfp-lifepo4-tesla.html 앞서 제시한 위 링크의 의견 처럼 Tesla 및 CATL 등 LFP로 고에너지의 전지를 저가에 만들겠다고 이야기하는 회사들은 배터리 팩 디자인 기술을 통해 이루겠다는 것이다. 고에너...

최근 테슬라(Tesla Motors)가 LFP (LiFePO4)를 사용하기로 했다는 이야기가 있다. 배터리를 연구하다 보니 지인들이 신문기사를 전해주기도 하고, 의견을 묻기도 한다. 이 것에 대한 내 생각을 기록한다. LFP는 오래된 양극 소재다. 이미 오래전에 상용화가 되었고, 전세계에서 모두 쓰지 않았지만 중국이 사용해왔다. 중국 정부에서 LFP를 채택하고 중국의 전기 버스에 반 강제로 사용하게끔 했기 때문에 가능한 일이다. 중국을 제외한 다른 모든 곳에서는 층상계 양극 소재 LCO (LiCoO2)와 NMC (LiNixCoyMnzO2)를 사용해왔다. 에너지면에서 층상계 양극 소재들이 더 우수하고, 전압이 높기 때문에 적용히 수월했다.  CATL은 예로부터 중국에서 LFP 배터리를 만들어 오던 회사다. 당연히 LFP 기술이 뛰어날 수 밖에. 그래도 뛰어나도 LFP는 LFP다. 기존 양극재를 뛰어 넘을 수 없다는 것이다. 간혹 신문 기사나 분석글 중에 LFP를 보고 Cobalt-free 소재라는 식으로 마치 좋은 소재가 나온 것 처럼 기술된 것들이 있는데, 틀린 것이다 . LFP가 Cobalt-free는 맞으나 우리가 부르는 미래형 소재인 Cobalt-free 양극이 LFP를 의미하는 건 아니다. 앞서 말했다시피 LFP는 전압이 낮고 용량이 작아 에너지도 작고 팩을 만들어 높은 전압을 만들기에 어려움이 있는 소재다. 다른 소재들에 비해 장점이라고 하자면, 수명이 좋고 온도변화에 강한 장점이 있다 . 그리고 저렴하고 만들기 수월하고 이미 최적화가 되어 있어 구매하여 쓰기 수월한 소재이다.  (소재에 대한 설명 - 2020년 3월 1일 - 리튬인산철 LFP 양극의 소재 특성 - https://joseph-forest.blogspot.com/2020/03/lfp-tesla-catl-lfp.html ) 테슬라의 원래 소재는 NCA (LiNi0.8Co0.1Al0.1O2)다. 내 생각에 모든 면에서 LFP보다 우수하고 LFP가 좀...