수산화리튬과 탄산리튬(리튬 이온 배터리)

전구체를 양극재로 만들기 위해서는 리튬 소스가 필요합니다. 대표적인 리튬 소스는 수산화리튬과 탄산리튬입니다. 둘의 차이점은 무엇인지 살펴보겠습니다.

 

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수산화리튬 vs 탄산리튬

수산화리튬 vs 탄산리튬

 

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리튬의 정제

광물로 부터 정제

  호주나 중국 등에서 채굴되는 광석(스포듀민, spodumene)으로부터 열처리 -> 산 or 염기 침출 -> 전해 채취 or 탄산화 반응을 통해 수산화리튬 or 탄산리튬을 생산합니다. 공정은 크게 석회법과 황산법으로 나눠져 있습니다. 광석에는 리튬이 0.5 ~ 3.7% 포함되어 있습니다.

 

석회법 경암형 리튬생산 공정도

 

황산법 경암형 리튬생산 공정도

 

염호로 부터 정제

  남미지역의 염호에서 증발 -> 농축 -> 불순물 제거 과정을 거쳐 탄산리튬을 생산합니다. 염호에는 리튬이 0.06 ~ 0.15% 포함되어 있습니다.

 

염수형 리튬 생산 공정도

 

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수산화리튬

  고용량 배터리에 적합한 리튬 소스입니다. 고용량 배터리는 Ni 함량이 높아야합니다. 니켈은 높은 온도에서 리튬과 합성이 어렵습니다. 따라서 탄산리튬보다 녹는점이 낮은 수산화리튬이 Ni과 합성이 용이합니다. 따라서 Hi-Ni 양극재를 필요로하는 고성능 장거리주행 전기자동차의 경우 수산화리튬을 사용하여 양극재를 제작해야합니다.

 

  전기차 판매가 급증에 따라 공급이 부족하여 탄산리튬을 재가공하여 수산화리튬을 생산하고 있습니다. 재가공 비용은 USD 1,500 ~ 2,000/ton 정도 발생합니다. 전기차 한대에 사용되는 양극재 양이 70 ~ 100kg으로 상당 부분을 차지합니다. 전기차 시장이 증가함에 따라 수산화리튬 시장도 급격히 증가하고 있습니다.

 

수산화리튬 수급 전망(단위 : ton)

 

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탄산리튬

  저용량 배터리에 적합한 리튬 소스입니다. 휴대폰, 노트북, 전동공구 등에 사용되는 양극재의 리튬소스로 사용됩니다. 최근 고성능 배터리 수요의 증가로 탄산리튬의 수요는 줄어들고 있습니다. 이에따라 탄산리튬을 수산화리튬으로 가공하여 판매하고 있는 상황이고 앞으로 더욱 가속화될 전망입니다.

 

  탄산리튬을 수산화리튬으로 재가공하는 방법은 탄산리튬 슬러리에 수산화칼슘과 반응을 통해 재가공합니다. 아래의 화학식을 살펴보면, 수산화칼슘과 반응한 탄산리튬은 탄산칼슘을 생성합니다. 그렇게 생성된 탄산칼슘을 침전시켜 수산화리튬을 생산할 수 있습니다.

 

탄산리튬을 이용한 수산화리튬 재가공 화학식

 

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읽어주셔서 감사합니다^^