LFP = LiFePO4 = 리튬인산철 = lithium ferrophosphate

 

요즘 뜨거운 주제로 떠오른 LFP에 대해서 이야기해 보겠습니다.

 

LFP는 리튬이온배터리의 양극재 중 하나입니다.

 

 

저는 주로 LFP라고 부르는데, 많은 분들은 리튬인산철이라고 부릅니다.

 

LFP, 

LiFePO4,

lithium fluorophosphate

리튬인산철

 

모두 같은 말입니다.

 

요즘들어서 인기가 많은 이유가 무엇일까요?

안전과 가격이라고 생각됩니다.

그리고 추가적으로 낮은 독성, 긴 cycle life 을 이유로 꼽습니다.

 

2022년 9월을 기준으로 보면,

전기차용 LFP 배터리 시장 점유율은 31%,

이 가운데 68%는 테슬라와 중국 전기차 제조업체 BYD 생산에서만 발생했습니다.

중국 제조업체는 현재 LFP 배터리 유형 생산을 거의 독점하고 있습니다.

 

이렇게 LFP는 중국이 거의 독점이라고 할 정도로

전세계 판매량의 절대다수를 중국에서 생산합니다.

 

2022년 특허가 만료되기 시작되었으니, LFP 유형 생산은 더욱 증가할 것으로 예상하고 있고,

2028년 NCM 삼원계 배터리를 능가할 것으로 예상하고 있습니다.

 

우리나라도 뒤늦게 뛰어들고 있는데,

늦게 시작한만큼 삼원계 양극재에서 쌓아온 노하우들을 십분 발휘하여 

멋진 양극재를 만들었으면 좋겠습니다.

 

LFP는 백업전력으로 많이 사용되어 왔습니다.

RESS에서 많이 사용되었다고 합니다.

아마도 용량 (mAh/g)이 다른 양극재보다 낮아서 부피 걱정없는 커다란 RESS에 많이 쓰였을 것 같습니다.

그리고 저렴한 것도 큰 이유이기도 하겠지요.

 

 

[Energy Density]

 

LFP 배터리의 에너지 밀도는 

니켈-코발트-망간 (NCM) 및 니켈-코발트-알루미늄(NCA) 같은 다른 리튬 이온 배터리보다 낮습니다. 

 

구체적인 예를 들면 아래와 같습니다.

 

CATL의 LFP 배터리	125 Wh/kg	160 Wh/kg (향상된 패킹 기술)
BYD의 LFP 배터리	150 Wh/kg
최고의 NCM 배터리	300 Wh/kg
테슬라 2020 Model Y (파나소닉 2170 NCA)	260 Wh/kg

[Cell voltage]

 

그리고 LFP 배터리는 다른 리튬 이온 배터리 보다 낮은 작동 전압을 보여줍니다.

LFP의 모태인 LiFeO2는 전기화학적 성능이 우수하지 않아서 현재 사용되지 않습니다.

LiFeO2의 Fe3+/Fe2+ 는 리튬의 페르미 준위와의 간격이 작기 때문에 작동전압이 3.2V 로 낮지만,

LiFeO2의 산소를 polyanion XOy- (X=S, P, As, y=2,3)으로 대체하여 3.4V 정도의 전압을 얻을 수 있습니다.

 

다시 말하면, XO4y- 에서 강한 X-O 공유결합에 의해서 유도효과로 인해

Fe-O-X 결합에서 Fe-O 공유 결합의 세기를 감소시키게 되므로 

Fe3+/Fe2+ 이온화 경향을 높여 전압이 높아 지게 되는 것입니다.

나중에 LFP의 전압은 별도로 정리해 보려고 합니다.

Minimum discharge voltage	2.0 ~ 2.8 V
Working voltage	3.0 ~ 3.3 V
Maximum charge voltage	3.60 ~ 3.65 V
Volumetric energy density	220 Wh/L (790 kJ/L)
Gravimetric energy density  > 90 Wh/kg (> 320 J/g).  Up to 160 Wh/kg (580 J/g)

[Cost]

 

보고된 LFP 셀 가격 중, 가장 낮은 가격은 $80/kWh (12.5Wh/$)입니다. (2020년 기준)

NCM 삼원계보다 kWh 당 비용이 6% 적은 것으로 알려져 있습니다.

제가 듣기론 차이가 좀 더 컸는데, 이 부분은 비교 대상이 무엇이냐에 따라 많이 달라질 것 같습니다.

원자재 값으로만 두고 비교를 별도로 해봐야겠습니다.

 

 

다음에도 LFP에 대한 이야기들을 좀 더 해보겠습니다.