Special 첨단소재 및 공정기술 국제표준화 최신 동향(2)
 
이차전지용 다성분계 양극활물질 상용표준물질 개발

한상원_한국화학융합시험연구원 소재평가센터장
이재형_한국화학융합시험연구원 전문위원
홍창기_한국화학융합시험연구원 책임연구원
윤영준_한국화학융합시험연구원 책임연구원

1. 서론

1.1 연구배경

리튬이온 이차전지 산업은 전기차 및 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System) 등의 중대형 이차전지의 수요 증가로 새로운 성장기에 돌입하고 있다. 리튬 이차전지의 핵심소재는 양극재, 음극재, 전해질 및 분리막으로 구성되어 있으며 이 중에서 양극재는 전지의 용량 및 성능에 가장 큰 영향을 미치는 핵심소재이다. 이러한 양극재는 다른 원소나 첨가제가 존재하는 경우 전기적, 물리적 특성이 크게 변하기 때문에 제품의 품질관리를 위해서는 양극재 내에 존재하는 불순물이나 첨가제로 주입한 원소의 함유량을 정확히 분석하는 것이 매우 중요하다. 하지만 양극재의 정확한 화학조성 평가를 위해서는 측정/시험결과의 비교가능성과 소급성을 객관적으로 증명해야 하는데, 이 과정에서 해당 소재와 동일한 혹은 유사한 매트릭스를 가지는 표준물질을 활용하여 물질의 조성이나 특성을 평가하거나 측정기를 교정하는 절차가 필수적으로 요구된다.
  이에 본 연구에서는 양극재 중 리튬니켈코발트망간산화물(NCM)에 대한 정확한 화학조성 특성값을 가지는 상용표준물질 3종을 개발하고 유효성이 검증된 측정방법으로 KS A ISO Guide 35에 따라 균질성, 안정성을 평가한 후 표준물질로 인정받아 산학연 및 시험기관에 보급을 통해 기술 자립화 및 세라믹스 산업의 고부가가치화, 내수 활성화 및 글로벌 시장 선점에 기여하고자 하였다.

그림 1. 전기차 배터리 재료비 원가 구성

그림 2. 리튬이온전지 4대 소재 시장 전망

1.2 연구개요

본 연구는 상용표준물질개발보급사업의 일환으로 주관기관은 한국화학융합시험연구원과 참여기관은 세라믹기술원에서 이차전지 양극활물질(NCM계) 표준물질 3종 개발을 목표로 수행하였다. 표준물질 개발을 위한 추진전략으로 제일 먼저 생산계획서를 작성하고 물질 제조공정 확인 후 원료 및 배합비를 결정하여 후보물질을 제조한다. 그리고 유효성이 확인된 시험방법으로 균질성, 안정성(단기, 장기)을 평가하여 유의성 없음을 확인한 후 특성값 및 불확도를 부여하였다. 그리고 표준물질생산기관 평가를 통하여 표준물질로 인정을 받고, 측정 시험방법은 국내외 표준으로 제안하여 관련 기관 및 기업에 보급하고자 하였다. 

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