3세대 양극소재 LNMO, 양산 및 적용 임박
Aug 05, 20253세대 양극소재 LNMO, 양산 및 적용 임박
2025년 8월 – 최근 몇 년 동안 리튬 배터리 산업은 양극재 개발에 있어 지속적인 발전을 이루어 왔습니다. CIBF2023 포럼에서 중국과학원 물리연구소의 황쉐지에 교수는 양극재의 진화를 세 세대로 구분했습니다. 1세대는 리튬망간산화물(LMO), 2세대는 리튬인산철(LFP)과 3원계 재료로 구성되었으며, 3세대는 스피넬형 리튬니켈망간산화물(LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄, 또는 LNMO)과 리튬니켈산화물로 구성되었습니다.
이 중 LNMO는 높은 작동 전압, 높은 에너지 밀도, 그리고 낮은 비용으로 인해 차세대 양극재의 유력한 후보로 여겨집니다. LFP와 3원계 시스템 모두에 대한 유망한 대안으로 여겨지고 있습니다. 여러 주요 배터리 기업들이 LNMO에 대한 강한 관심을 표명했으며, 연구 개발 및 기술 확보에 적극적으로 나서고 있습니다.
l코발트 무첨가 및 비용 효율성: LNMO는 코발트를 포함하지 않으며 주로 망간으로 구성되어 있습니다. 재료비는 LFP보다 약 20%, 3원계 양극재보다 40% 저렴합니다.
l높은 에너지 밀도: 방전 플랫폼이 최대 4.5V(LFP의 경우 3.2V)로 LNMO는 단위 질량당 에너지 밀도가 22.5% 증가합니다.
l향상된 리튬 활용도: LNMO는 리튬 자원 활용도를 약 70%(3원 재료의 일반적인 수준)에서 약 95%로 높여 리튬 소비를 크게 줄입니다.
l뛰어난 체적 에너지 밀도: LNMO 셀은 LFP보다 최대 50% 더 높은 체적 에너지 밀도를 제공하므로 승용차 EV 및 에너지 저장 시스템과 같이 체적 제약이 엄격한 애플리케이션에 이상적입니다.
LNMO는 이러한 장점에도 불구하고 오랫동안 고전압 하에서의 전해질 불안정성과 망간 용출로 인한 용량 저하라는 기술적 난관으로 상용화가 지연되어 왔습니다. 그러나 황 교수 연구팀은 17년간의 연구 끝에 이러한 난관을 점차 극복해 왔습니다.
공식 보도에 따르면, 송산호 연구소는 이미 LNMO 소재의 일일 생산 용량 300kg을 달성했습니다. 또한, 연구소에서 개발된 LNMO/흑연 소프트팩 배터리는 엄격한 테스트를 통과하여 다음과 같은 성능을 입증했습니다.
l100주 후에도 97%의 용량 유지율을 보이며 3,000회 이상의 충전-방전 사이클을 수행했습니다.
l-20°C에서 94.6% 용량 유지
l빠른 충전: 32Ah 소프트팩 배터리는 단 12분 만에 SOC 20%에서 80%까지 충전됩니다.
l안전성: 4.8V로 충전된 100Ah 프리즘 셀은 화재나 폭발 없이 못 관통 테스트를 통과했습니다.
또한 이 팀은 고전압 전해질 제형, 알루미늄 호일 표면 처리, PVDF 바인더 대체재를 포함한 포괄적인 산업화 패키지를 개발하여 실험실 규모의 연구에서 상업적 실현 가능성으로의 전환을 가속화했습니다.
유망한 결과와 증가하는 산업 지원을 바탕으로 LNMO는 이제 기술적으로 대규모 도입을 위한 준비가 되었습니다. 비용, 안전성, 에너지 밀도 측면에서 탁월한 성능을 자랑하며, 전동 공구, 에너지 저장 시스템, 전기 자동차에 이상적인 후보입니다.
산업계와 학계 모두에서 지속적인 투자를 통해 LNMO는 3세대 주류 양극 소재가 되어 기술 혁신을 주도하고 리튬 배터리 자원의 지속 가능한 개발을 지원할 것으로 기대됩니다.
