재테크/주식(산업분석)

산업 분석 : 2차 전지(배터리) - 분리막

highcrane 2024. 10. 16. 22:51
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분리막은 2차전지(리튬이온 배터리) 내부에서 양극음극을 물리적으로 분리하는 역할을 하는 핵심 구성 요소입니다. 분리막의 주요 기능은 전기적 단락을 방지하면서, 양극과 음극 사이에 리튬 이온이 이동할 수 있도록 하는 통로를 제공하는 것입니다. 분리막은 배터리 내부에서 매우 중요한 역할을 하며, 배터리의 안전성, 수명, 성능에 큰 영향을 미칩니다.

분리막은 얇고 미세한 다공성 구조로 되어 있어, 전해질이 충분히 흡수되어 리튬 이온이 자유롭게 이동할 수 있어야 합니다. 또한, 열적 안정성이 뛰어나야 하며, 높은 온도에서도 물리적 변형 없이 기능을 유지해야 합니다. 분리막은 전기차와 같은 고출력 배터리에서 열폭주를 방지하기 위해 중요한 역할을 하며, 차세대 배터리에서도 그 중요성이 계속 강조되고 있습니다.

분리막의 주요 역할

  1. 양극과 음극 분리
    분리막의 가장 중요한 역할은 양극과 음극이 직접적으로 접촉하는 것을 방지하는 것입니다. 리튬이온 배터리에서 양극과 음극이 직접 접촉하면 단락이 발생해 배터리 내부에서 발열 또는 폭발로 이어질 수 있습니다. 분리막은 이를 방지하면서도 리튬 이온의 이동을 가능하게 만들어야 하므로, 높은 기계적 강도와 다공성을 동시에 갖추어야 합니다.
  2. 이온의 이동 통로 제공
    분리막은 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 원활하게 이동할 수 있도록 하는 다공성 구조로 설계되어 있습니다. 이 다공성 구조는 전해질이 충분히 흡수되어 리튬 이온이 전해질을 통해 이동할 수 있게 합니다. 분리막의 다공성투과성은 배터리의 충전 속도효율성에 중요한 영향을 미칩니다.
  3. 열적 안전성 유지
    배터리가 고온 상태에 노출되면, 분리막은 수축하거나 변형되어 양극과 음극이 접촉할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 분리막은 열적 안정성을 유지해야 하며, 고온에서도 기능을 유지할 수 있어야 합니다. 일부 분리막은 고온에서 자동으로 밀폐되는 기능을 갖춰, 안전사고를 방지하는 역할을 합니다.

분리막의 주요 소재

분리막은 주로 폴리올레핀 계열의 고분자로 만들어지며, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등이 대표적인 소재로 사용됩니다. 이들 고분자는 내구성이 뛰어나며, 배터리 내부에서 물리적, 화학적 안정성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 최근에는 코팅 기술을 활용해 분리막의 성능을 강화하거나, 세라믹 코팅을 추가해 더 높은 내열성을 제공하는 방식도 개발되고 있습니다.

  1. 폴리에틸렌(PE)
    폴리에틸렌은 고온에서 수축 특성을 가지고 있어, 일정 온도 이상에서 스위칭 기능을 제공할 수 있습니다. 이는 고온에서 배터리 내부의 안전사고를 방지하는 역할을 합니다.
  2. 폴리프로필렌(PP)
    폴리프로필렌은 폴리에틸렌보다 더 높은 온도에서도 안정성을 유지할 수 있으며, 기계적 강도가 뛰어납니다. 주로 전기차 배터리에서 고온 안전성이 중요한 경우에 사용됩니다.
  3. 코팅된 분리막
    고분자 소재로만 구성된 분리막 대신 세라믹 코팅을 추가한 분리막이 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 세라믹 코팅은 내열성안전성을 강화하여, 고온에서도 분리막의 변형을 방지하고 배터리의 성능과 안전성을 높이는 데 기여합니다.

분리막의 주요 유형

  1. 단일층 분리막
    단일층 분리막은 하나의 고분자 소재로만 구성된 분리막으로, 주로 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌을 사용합니다. 단일층 분리막은 상대적으로 단순한 구조이지만, 최신 배터리에서는 다층 분리막으로 대체되는 경향이 있습니다.
  2. 다층 분리막
    다층 분리막은 여러 층의 고분자 필름을 결합하여 만든 분리막으로, 내구성열적 안정성이 향상되었습니다. 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 결합한 다층 구조는 기계적 강도열 안전성을 동시에 제공하며, 전기차 배터리와 같은 고출력 배터리에 적합합니다.
  3. 세라믹 코팅 분리막
    세라믹 코팅 분리막은 기존의 고분자 분리막 위에 세라믹 층을 추가하여, 고온에서의 안전성을 크게 향상시킨 유형입니다. 세라믹 코팅은 특히 열폭주를 방지하고, 고온 환경에서도 분리막의 수축과 변형을 줄이는 데 기여합니다.

분리막 산업의 밸류체인

분리막 산업은 원재료 공급, 분리막 제조, 배터리 제조사에 공급으로 구성된 밸류체인을 가지고 있습니다. 각 단계에서 고도의 기술력과 정밀한 공정이 필요합니다.

  1. 원재료 공급
    분리막에 사용되는 폴리머 소재는 주로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 고분자로 이루어져 있으며, 이 소재들의 품질은 분리막의 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.
  2. 분리막 제조
    분리막은 고분자를 기반으로 하는 필름을 제작하고, 이를 다공성 구조로 처리하는 과정을 통해 제조됩니다. 분리막 제조사는 정밀한 공정 관리고순도를 유지해야 하며, 코팅 기술과 다층 구조 등 고성능 분리막 개발에 집중하고 있습니다.
  3. 배터리 제조사에 공급
    제조된 분리막은 배터리 제조사에 공급되어, 양극재, 음극재, 전해질과 함께 리튬이온 배터리의 핵심 구성 요소로 사용됩니다. 분리막의 품질은 배터리의 안전성과 성능에 중요한 영향을 미치므로, 배터리 제조사와의 긴밀한 협력이 중요합니다.

한국 분리막 산업의 주요 상장사들

한국은 분리막 시장에서 중요한 역할을 하고 있으며, 여러 기업들이 분리막 개발과 생산을 선도하고 있습니다.

  1. SK아이이테크놀로지 (SKIET, 361610)
    SK아이이테크놀로지는 고성능 리튬이온 배터리용 분리막을 생산하는 글로벌 선도 기업으로, 다층 분리막세라믹 코팅 분리막 기술에서 경쟁력을 갖추고 있습니다. 전기차와 ESS 배터리용 분리막을 주력으로 생산하며, 글로벌 시장에서 점유율을 높이고 있습니다.
  2. 일진머티리얼즈 (020150)
    일진머티리얼즈는 전기차 배터리용 분리막과 **동박(배터리 전극용 얇은 구리막)**을 공급하는 기업으로, 특히 세라믹 코팅 분리막 개발에 주력하고 있습니다. 일진머티리얼즈는 전 세계 배터리 제조사들과 협력하여 분리막을 공급하고 있습니다.
  3. 효성티앤씨 (298020)
    효성티앤씨는 고분자 소재를 기반으로 한 분리막 제조에서 강점을 가지고 있으며, 고성능 배터리용 분리막 생산을 통해 전기차와 ESS 시장에 진출하고 있습니다.
  4. 코오롱인더스트리 (120110)
    코오롱인더스트리는 고분자 소재를 기반으로 한 다양한 산업용 제품을 생산하며, 분리막 소재 개발과 관련된 연구개발에 투자하고 있습니다. 고기능성 분리막 개발을 통해 배터리 성능을 향상시키기 위한 노력을 기울이고 있습니다.

분리막 산업의 경제적 역할

분리막은 배터리 안전성성능에 중요한 역할을 하며, 전기차 배터리와 **에너지 저장 시스템(ESS)**에서 핵심적인 요소로 자리잡고 있습니다. 전 세계적으로 전기차 수요가 급증함에 따라 고성능, 고안전성 분리막에 대한 수요도 지속적으로 증가하고 있습니다. 특히, 고온에서의 안전성을 강화한 분리막 기술은 배터리 시장에서 중요한 경쟁력으로 작용하고 있습니다.

분리막 산업은 또한 고부가가치 산업으로, 배터리 제조에서 필수적인 역할을 하기 때문에 지속적인 연구개발과 기술 혁신이 필요합니다. 분리막의 성능이 배터리 효율성과 안전성에 직접적인 영향을 미치기 때문에, 고성능 분리막 개발이 배터리 산업의 성공에 결정적인 요소로 작용할 것입니다.

분리막 산업의 미래 전망

분리막 산업은 전기차에너지 저장 시스템의 급성장에 힘입어 앞으로도 지속적인 성장이 예상됩니다. 고안전성고성능을 제공하는 세라믹 코팅 분리막과 같은 기술이 상용화되면서 배터리 성능이 향상될 것이며, 전기차와 ESS 배터리의 안전성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

또한, 전고체 배터리와 같은 차세대 배터리 기술이 발전하면서 고체 전해질과 함께 사용할 수 있는 새로운 분리막 기술도 연구되고 있습니다. 이러한 차세대 배터리 기술이 상용화되면 분리막의 역할은 더욱 중요해질 것입니다. 한국은 SK아이이테크놀로지와 같은 선도 기업들을 중심으로 분리막 기술에서 글로벌 시장에서의 경쟁력을 유지할 것입니다.

결론적으로, 분리막은 2차전지의 핵심 소재로, 배터리의 안전성, 성능, 수명에 결정적인 영향을 미칩니다. 한국의 분리막 산업은 기술 혁신과 연구개발을 통해 글로벌 배터리 시장에서 중요한 위치를 유지하고 있으며, 차세대 배터리 기술의 발전과 함께 그 중요성은 더욱 커질 것으로 기대됩니다.

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