리튬인산철은 EV 배터리의 차세대 기술이 될 것입니다.

Aug 28, 2023

프로토타입으로 테스트 중인 BMW iX 차세대 에너지 인산철 리튬 배터리

LFP(리튬철인산염) 배터리는 이미 중국 시장에서 대부분의 전기 자동차에 전력을 공급하고 있지만 북미 지역에서는 이제 막 진출하기 시작했습니다. 이곳에서 발명되었기 때문에 실제로 새로운 것은 아니지만 최근까지 이곳에서 EV를 판매하는 자동차 제조업체에서는 자동차 구매자가 합리적으로 제공할 수 있는 것보다 더 많은 범위를 원했기 때문에 이를 피했습니다. 이것이 모두 변화하는 과정이며 Our Next Energy(ONE) 및 Mitra Chem과 같은 회사 덕분에 성능 격차가 줄어들 것으로 예상되는 앞으로 몇 년 안에 더 많은 LFP를 보게 될 것입니다.

북미에서 판매되는 거의 모든 EV는 니켈-코발트 화학의 일부 변형으로 구성된 음극이 있는 리튬 이온 배터리를 사용합니다. 이 배터리는 범위, 전력 및 크기의 최상의 조합을 제공하지만 가격이 높습니다. 니켈과 코발트는 러시아의 우크라이나 침공과 EV 수요 증가로 인한 큰 가격 급등으로 인해 현재 2021년 가격보다 두 배 이상 높습니다. 니켈-코발트 화학 물질은 물리적으로 손상되거나 제조 결함이 있는 경우 열폭주에 다소 취약하며, 이로 인해 Chevrolet Bolt를 포함하여 지난 3년 동안 6번의 리콜이 발생했습니다.

열 폭주는 셀이 내부 단락을 겪고 가열될 때 방출되는 니켈-코발트 혼합물에 산소가 존재하기 때문에 발생합니다. 화재에는 연료, 산소 및 점화원이 필요하므로 이들 중 하나라도 불을 빼앗으면 불이 꺼집니다. 물이나 거품으로 불을 질식시키는 것은 불을 소화하기 위해 산소가 부족하도록 고안되었습니다. 그러나 니켈-코발트 배터리에 화재가 발생하면 자체 산소가 생성되므로 화재를 진압하기가 매우 어렵습니다.

LFP 배터리에는 O2가 포함되어 있지 않으므로 단락 시 일부 가스가 배출될 수 있지만 니켈 배터리처럼 연소되지는 않습니다. 이는 에너지 밀도가 낮음에도 불구하고 훨씬 더 안전하고 내구성이 뛰어납니다. 일반적으로 니켈 배터리와 유사한 아키텍처로 제작된 LFP 배터리는 에너지 밀도가 약 30~40% 낮지만 수천 번의 충전 주기 동안 지속되며 더 빠른 충전의 남용을 견딜 수 있습니다.

우리의 차세대 에너지

미시간주 노비에 본사를 둔 ONE은 Ford, A123 Systems 및 Apple의 전 임원이었던 Mujeeb Ijaz가 2020년에 설립했습니다. ONE의 목표는 더 안전하고 저렴하며 지속 가능한 배터리를 만드는 것이었고 최신 Aries II 배터리 팩으로 상당한 진전을 이루었다고 주장합니다. 오리지널 Aries I은 이미 소량 생산되고 있으며 캘리포니아에 본사를 둔 Motiv Power Systems에서 전기 상용차 및 고정식 저장 응용 분야에 사용되고 있습니다.

Aries II는 업그레이드된 버전이며 Ijaz는 이제 니켈이나 코발트가 필요하지 않고 25% 더 저렴한 비용으로 주요 EV용 니켈-망간-코발트 배터리 팩의 에너지 밀도의 6% 이내라고 주장합니다. ONE은 동일한 팩 인클로저에 훨씬 더 많은 셀을 설치할 수 있는 C2P(Cell to Pack) 아키텍처를 사용하여 이를 부분적으로 달성했습니다.

일반적인 모듈형 팩은 셀이 모듈 인클로저에 설치된 후 더 큰 팩에 설치되는 박스형(box-in-a-box) 배열을 갖습니다. 이러한 인클로저는 팩에서 공간을 차지하며 더 많은 연결과 배선이 필요하므로 비용이 추가됩니다. 일반적인 모듈형 팩에서는 실제로 부피의 약 30~35%만이 에너지를 저장하는 활성 셀 재료로 구성됩니다. Aries II에는 모든 셀이 인클로저에 직접 삽입되고 방열판 및 냉각판과 결합되어 더 많은 공간을 채웁니다. 활성셀 물질의 충진율은 70% 이상입니다.

Aries II 팩은 미래의 EV가 한 번 충전으로 최대 350마일의 주행 거리를 제공할 수 있게 할 것으로 예상됩니다. 그러나 ONE은 이미 오리지널 프로토타입 Gemini 배터리를 사용하여 Tesla Model S를 750마일 이상 주행할 수 있는 능력을 입증했습니다. Gemini는 LFP와 양극이 없는 망간 셀이라는 두 가지 화학 물질을 사용합니다. 대부분의 사람들은 매일 범위의 일부만 사용하고 가끔씩 최대 범위가 필요하기 때문에 Gemini는 범위 확장기로 설계되었습니다.