나트륨이온전지의 특징 

 리튬은 장기적으로 자원 고갈 문제에서 자유롭지 못함 → 리튬OPEC 카르텔 조성 움직임

 나트륨 자원의 매장량은 리튬의 423배이며 원가 우위를 가짐

 나트륨은 알칼리계 금속으로 기존 배터리 생산 공정을 이용할 수 있다는 점에서 공정 개발에 이점

나트륨이온전지의 적용

 높은 에너지 밀도를 필요로 하지 않는 ESS 및 저속 주행 장치에 우선 적용 가능할 것으로 전망

 CATL이 주장하는 것처럼 에너지 밀도 증가 시, 저가 세그먼트 중심으로 차량에 적용 가능

나트륨이온전지 개발 동향 

 1970년부터 리튬 전지와 함께 개발되었으나 리튬 대비 무게와 부피가 커 상용화 지연

 하지만 기술이 개발되고 ESS 시장 등 배터리의 대형화가 진행되며 나트륨이온전지가 다시 주목

 중국 CATL과 중커 HiNa가 기술 주도

CATL, 2023년 하반기 나트륨 이온 배터리 상업화 발표 

 장점: ① 채굴·정제 용이, 매장량↑ = 저렴 = 반값 배터리 목표 달성, ② 안정성·충전속도↑

 단점: ① 에너지 밀도↓, ② 무게↑ → NCM 하이니켈 배터리와 유사한 수준의 에너지 밀도를 달성했다고 발표 (2세대 나트륨 배터리 에너지 밀도 목표 200Wh/kg)

나트륨 배터리의 경제성과 수명은 리튬 배터리보다 우수함 

 비용 77달러/kWh. EV 1대당 5,500달러 절약 가능

 CATL: 규모의 경제 발생 시 40달러/kWh까지 비용 낮아질 것이라 발표 (대당 9,200달러 절감) → IRA 보조금(7,500달러/대) 없이도 리튬 배터리 대체 가능

나트륨이온전지의 작동원리는 리튬이온전지와 동일함 

 리튬/나트륨 전지 모두 양극과 음극 사이에서 이온이 이동하는 스윙전지임

 나트륨전지는 0볼트까지 방전이 가능 → 실질 에너지 밀도는 더 올라감

 또한, 리튬 전지의 고질적 문제인 덴드라이트 현상이 적음 → 뛰어난 안정성

나트륨이온전지의 생산공정도 리튬이온전지와 동일함 

 ① 양극·음극 슬러리 제조 및 도핑 → ② 라미네이션 → ③ 활성화

 알루미늄박은 낮은 전위에서 리튬과 쉽게 합금되어 리튬이온전지 음극에는 동박만 사용할 수 있었음

 나트륨전지는 동박 대신 알루미늄 호일을 음극 집전체로 사용

→ 알루미늄박은 고전압에서 쉽게 산화되지 않음

→ 양·음극에 동일한 알루미늄 탭을 적용해 극판 용접 및 관련 공정을 더욱 단순화 가능

알루미늄박 시장 규모 2배로 커질 전망 

 EV 1대에 탑재되는 리튬 배터리 팩 = 평균 500kg

 kWh당 리튬 배터리 팩 무게 4.6kg. 이 중 알루미늄박과 동박 소요량 각각 0.5kg, 0.4kg → 나트륨 전지에는 동박 0.4kg 대신 알루미늄박이 사용되므로 알루미늄박 시장 규모 2배로 확대 가능

나트륨이온전지 전해액도 리튬이온전지와 유사하게 액체를 사용함 

 수계 전해액은 저렴하고 친환경적이나 높은 에너지 밀도와 출력에서 적용이 제한적임

 용질: ① 무기 나트륨염 (육불화인산나트륨, 과인산나트륨) ② 유기 나트륨염 (플루오로술폰산나트륨, 플루오로설폰아미드나트륨)

 육불화인산나트륨은 육불화인산리튬과 원리가 유사해 라인을 공유할 수 있을 것으로 판단

 화학적·열적 안정성 향상 및 잔류물 축적으로 인한 전도 저하 특성을 막고자 첨가제 활용될 것으로 전망