1) 양극의 특징 : 양극은 전체 원료에서 40%를 차지하며, 전지의 성능 에 결정적인 역할을 함. 다른 소재에 주는 영향력이 적어서 회사별 로 새로운 소재나 기존 소재의 기능 향상 노력이 가장 적극적으로 일어나고 있음. Sony가 가장 먼저 상업화에 성공했으며, 삼성SDI가 유미코어(벨)와 2000년에 국내에서 최초로 상업화 함.
2) 양극 금속(집전제) : 양극 금속은 알루미늄으로 ‘리세칼바카나마알티 망아철니주납수구수은백금’ 순서 중에서 알루미늄은 구리대비, 산화 반응이 더 잘 일어나나 리튬보다는 산화반응이 덜 일어나는 금속으 로 양극 금속으로 쓰이기에 가격이 저렴함. 최근 가장 많이 사용됨. 3) 양극활물질 : 양극재의 양극활물질로는 리튬을 기본적으로 함유한 LiCoO2(리튬코발트산화물, LCO), LiMn2O4(리튬망간산화물, LMO), Li(NiCoMnO2)(리튬니켈코발트망간산화물, NCM), LiFePO2(리튬철산 화물, LFP), Li(NiCoAl)O2 (리튬코발트알루미늄산화물, NCA) 등이 사 용되고 있음. 활물질은 크게 보면, 층상구조와 입방구조로 나누어 지는데, 입방구조는 층상구조에 비해서 안정성이 좋지만 성능 측면 에서는 입방구조가 더 많은 리튬을 보관할 수 있어서 유리함. LCO 는 공모양으로 전극 제조 과정에서 혼입된 수분을 진공 건조로 제 거하여 사용함. 용매인 에틸렌카보네이트에 의해서 분해되는 문제 가 있어서 LCO표면에는 알루미늄을 코팅함. 구조는 산소(-), 코발트 (+), 산소(-), 리튬(+), 산소(-), 코발트(+) 구조를 가지고 있음. 구조 가 단순하여 품질이 균일한 특성이 있음. 삼원계인 NCA와 NCM은 가장 최근에 만들어진 활물질로 수분 제거에 어려움이 있어서 드라 이룸에서 혼합함. 분자구조는 이중구조를 가지고 있으며, 다루기가 어려워 코팅을 하는 경우도 있으나 이 경우 제조 원가가 상승. 산 화코발트와 산화니켈에 리튬을 첨가하면, 층상구조로 변하면서 충 방전 시 리튬이 이동하게 됨(intercalation, 사이에 끼인 층). 과충 전으로 리튬이 과하게 빠져나가면, 니켈원자가 리튬층으로 이동하 고, 산소가 전해액으로 빠져나옴. 이 때 배터리 온도가 올라가면 발 화될 수 있음. 이를 막기위해서 니켈에 코발트 도핑을 함. 즉, 코발 트는 삼원계 배터리의 안정성과 관련됨. 이 과정에서 출력이 낮아 지게 되는데, 이를 Al로 교체하면서 성능향상을 가져옴. 다만 알류 미늄의 안정성 문제 때문에 NCA는 5Ah 이하인 cell에서만 사용. NCA의 안정성 문제를 극복하고자 만든 것이 NCM이며, 안정성 강 화를 위해서 니켈 표면을 코팅하였음. NCA보다 다소 출력이 떨어 지더라도 망간을 추가하여 안전성을 높임. LMO는 구조가 안정적이 나, 단독으로 사용하기에는 어려움이 있어서 NCM에 섞어서 사용. LFP는 올레핀 구조와 사면체 구조로 만들어져 있어서 안정성이 우 수함. 반면, 전기전도도가 낮고, 알루미늄박과 접착력에 문제가 있 어서 표면에 카본 코팅으로 전기전도도를 높임. 출력보다는 대형 배터리를 저렴한 원가로 구성하는데 유리.
4) 양극재 바인더 : 바인더는 PVDF(NMP), PVDF는 NMP라는 용매를 이용해서 녹인 후 도포하게 되는데, NMP는 유독물질로 점차 규제 가 강화되고 있음. 따라서 이차전지 사용 후 NMP를 회수하는 기술 도 점차 중요해지고 있음. NMP는 메틸피롤리돈의 약자. PVDF는 폴 리불화비리리덴 플루오라이드 또는 폴리 비닐리덴 디플루오라이드 로 읽으며, 플루오로 폴리머(불소수지), 특수플라스틱의 일종으로 다른 폴리머와 비교시 밀도가 낮음. PVDF는 유연성, 낮은 열전도율, 낮은무게, 높은 내화학성, 내열성으로 절연체로 일반적으로 사용됨. 따라서 이차전지에서는 PVDF는 NMP에 녹여서 양극재에 사용될 때, NMP는 증발시키고, 화학적으로 안정화되어 있고, 전해질이나 리튬과 반응하지 않음. PVDF는 물고기를 잡는 그물 모양으로 접착 력이 우수함.
5) 양극재 도전재 : Carbon Black이 사용됨. 카본블랙은 탄소분말로 탄소를 구워서 만듬. 또 다른 방식으로 표현하면, 그을음에 가까운 것으로 1~500mm의 크기에 흑연과 비슷하게 검은색을 띄고 있음. 천연가스나 타르 등을 불완전연소 시켜 그을음을 모으거나, 혹은 열분해를 통해서 만듬. 배터리용은 전기저항이 적은 것을 사용하는 것이 유리하며, 아세틸렌의 열분해 카본이 가장 적합. 최근에는 전 도성이 더 높은 CNT(탄소나노튜브)나 CNF(탄소나노파이버) 등도 활발하게 연구되는데, 이는 CNT나 CNF가 카본블랙보다 전기전도 성이 높아서 더 적은양으로 같은 성능을 내기 때문에 더 많은 양극 활물질을 넣어서 배터리 용량을 늘릴 수 있음
