NCM, LFP, LFMP의 성능 비교

1. 리튬철망간인산염이란?

인산철망간리튬은 인산철리튬에 일정량의 망간 원소를 도핑해 만든 새로운 양극재다. 망간과 철 원소의 이온 반경과 일부 화학적 특성이 유사하기 때문에 리튬 철 망간 인산염과 리튬 철 인산염은 구조가 유사하며 둘 다 감람석 구조를 가지고 있습니다. 에너지 밀도 측면에서 인산철망간리튬은 인산철리튬보다 우수하므로 "인산철리튬의 업그레이드 버전"으로 간주됩니다.

리튬 철 망간 인산염은 인산 철 리튬의 에너지 밀도 병목 현상을 극복할 수 있습니다. 현재 인산철리튬의 최대 에너지 밀도는 161~164Wh/kg 정도로 안정화됐다. 에너지 밀도가 높은 인산염 기반 소재인 인산철망간리튬을 적용하면 인산철리튬의 에너지 밀도 병목 현상을 극복하여 산업화 기회를 열 수 있습니다.

리튬 철 망간 인산염은 에너지 밀도, 안전성, 저온 성능 및 비용 측면에서 장점이 있습니다.

2.NCM, LFP, LFMP의 성능 비교

성능 비교표

에너지 밀도: NCM(고니켈) > LMFP > LFP

망간 원소는 전압이 높다는 장점이 있습니다. 리튬 철 망간 인산염은 리튬 철 인산염을 기반으로 망간을 도핑하여 전압 플랫폼을 3.4V에서 4.1V로 높입니다. 고전압은 높은 에너지 밀도를 가져옵니다. LMFP의 에너지 밀도는 LFP의 에너지 밀도보다 15%~20% 더 높습니다. LMFP의 에너지 밀도는 NCM 523 또는 NCM 622 수준에 도달할 수 있으며 이는 LFP에 비해 상당한 이점이 있습니다.

보안: LFP ≒ LMFP > NCM

LMFP 결정은 육각형 밀집 구조를 가지고 있습니다. 이 구조의 가장 큰 장점은 안정성이 좋다는 것입니다. 충전 시 리튬이온이 모두 분리되더라도 구조적 붕괴 문제는 발생하지 않습니다. 동시에, 소재 내 P 원자는 PO의 강한 공유결합을 통해 PO4 사면체를 형성하고, O 원자가 구조 밖으로 빠져나가기 어려워 소재의 안전성과 안정성이 매우 높다.

저온 성능: NCM > LMFP > LFP

Nano-LFP는 -20°C에서 약 67%의 용량 유지율을 갖는 반면, LMFP는 71%의 용량을 유지할 수 있습니다. NCM 소재를 질량비 15%로 혼합하면 유지율이 74%에 달합니다.

생산단가 : NCM > LFP ≥ LMFP

재료 측면에서 세계는 망간광석 매장량이 풍부하며 LMFP와 LFP의 비용은 거의 같습니다. LMFP의 제조원가는 LFP에 비해 약 10% 정도 비싸지만, LMFP의 에너지 밀도는 15% 높일 수 있다. 후속 기술 및 원자재 업그레이드를 통해 향후 제조 비용은 LFP보다 최소 10% 이상 낮아질 것입니다.

NCM, LFP, LFMP의 전도성 특성 비교

3. 리튬철망간인산염의 가장 큰 병목 현상은 무엇입니까?

인산철망간리튬은 율속성, 사이클 성능 등에 결함이 있어 산업화의 진전을 저해한다. 전도성과 리튬 이온 확산 속도가 낮고 속도 성능이 상대적으로 좋지 않습니다.

결정 구조: 인산철망간리튬의 육각형 밀집 구조는 안전하고 안정적이지만 재료에는 연속적인 FeO6(MnO6) 공유 모서리 팔면체 네트워크가 없고 PO4 사면체를 통해 연결됩니다. 따라서 리튬코발트산화물 소재처럼 연속적인 Co-O-Co 구조를 형성할 수 없다. 이 재료는 전도성이 낮고 고전류 방전 성능이 좋지 않습니다. 더욱이, 이러한 다면체들은 상호 연결된 3차원 구조를 형성하여 1차원 채널에서 리튬 이온의 이동을 제한합니다.

금속 특성: 망간 원소는 전도성이 상대적으로 약합니다. 인산철망간리튬은 전자의 전이에너지 갭이 2eV(인산철리튬의 전이에너지 갭은 0.3eV)에 달해 전도도가 낮고 이온 이동도가 낮은 단점이 있다.