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 (LiMnxF

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. 고에너지 소재인 과니켈계 양극을 (Ni

자동차 배터리 시장은 아주 큰 시장이다. 그래서인지 지금까지는 자동차 메이커들이 배터리를 사서 쓰지만 자신이 자체적으로 생산하고 싶어 하는 경우가 많다. 배터리를 사서 쓰면 마진이 별로 남지 않기 때문이다. 테슬라는 원래 파나소닉 (Panasonic)과 배터리를 만들어왔다. 이를 위해 네바다(Nevada)에 기가 팩토리(Gigafactory)를 함께 지었다. 소재는 BASF Toda에서 사서 쓰는 것으로 알고 있다. 그리고 이제 어느정도 기술적 노하우가 쌓였는지 직접 만들고자 하는 것이다. 배터리 생산 기술이 오랬동안 상용화와 대량 생산이 되어왔고, 그 과정이 크게 비밀도 아니어서 사실 돈과 의지가 있으면 Gigafactory같은 배터리 생산 라인은 누구나 만들 수 있다. 물론 노하우가 필요하겠지만 기술 제휴와 투자가 함께 이루어지기 때문에 가능하다. 예를 들어 우후죽순 생기고 있는 유럽의 Gigafactory들이 그런 것들이다. 테슬라에 주목하고자 하는 것은 그들이 $100/kWh급으로 만들겠다고 하는 것이고, 그리고 250 Wh/kg 이상을 이야기 하고 있다는 것이다. 역시 이들은 항상 뭔가 매력적인 숫자들과 이야기를 만드는 것을 좋아하는 듯 싶다. 이들이 이야기하는 이런 무리한 숫자들이 하청 업체들을 압박하고, 파트너들을 압박하고, 경쟁사를 압박하고, 산업 전반을 압박한다. 이런 무리한 성능의 배터리를 요구하고 그 가격을 심하게 후려치는 일을 자주 일삼아 지금 배터리 메이커 중에 제대로 큰 수익을 얻는 회사들이 거의 없다. 거의 순이익이 0에서 약간 플러스 약간 마이너스를 왔다갔다 하는 것 같다. 뭔가 이상함을 느낀다. 분석이 필요하다. 다시 본론으로 들어가 아래 그림을 보자. https://electrek.co/2020/02/26/tesla-secret-roadrunner-project-battery-production-massive-scale/ 보면 지금 >300 Wh/kg이라고 되어 있고, 2021년 쯤 385 Wh/kg