미국 배터리 분리막 시장 동향

2021년 발표된 EMIS자료에 따르면, 미국 배터리 분리막 시장은 2021년 461만9천 달러 판매를 기록했고, 2023년부터 2028년까지 연평균 14.8%의 꾸준한 성장이 예상되어 2028년에는 1016만3천달러의 규모에 이를 것으로 보여진다. 배터리 분리막은 이차전지에 사용되는 필수 소재로서 전기차 시장 수요 증가에 따른 배터리 수요 증가에 동반하여 시장 성장이 전망된다.

<미국 배터리 분리막 시장 동향>

(단위: US $)

[자료: EMIS]

배터리 분리막에 대한 이해

배터리(이차 전지)는 양극재, 음극재, 분리막, 전해액의 4가지 핵심 물질로 구성이 되며, 양극재와 음극재의 이온화에 의한 산화 · 환원 반응으로 전류가 생성된다. 양극재와 음극재가 물리적으로 접촉하여 화학 반응을 일으키면 화재가 발생 할 수 있기 때문에, 필름의 일종인 분리막을 사용하여 이 둘 사이를 분리 한다. 분리막은 충전과 방전이 이루어지는 동안에 전극 간 이동이 일어나는 통로 역할도 하기 때문에 배터리 성능 및 안전에 매우 중요한 역할을 한다. 얇은 분리막 일수록 이온의 이동을 쉽고 빠르게 하여 배터리 출력을 높일 수 있고, 충전 시간을 줄여 줄 수 있다. 그러나 자동차용 배터리는 고온의 환경에 노출될 수 있기 때문에 내열성이 높은 분리막을 만드는 것이 기술 개발의 핵심이다.

<이차 전지의 기본 원리도>

[자료: byjus.com]

분리막은 미세 다공성 고분자 필름으로 주로 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 소재를 주로 사용하여 만들어진다. 폴리에틸렌(PE)은 플라스틱 필름, 지오멤브레인(geomembranes), 비닐 봉지 및 병 등에 사용되는 가장 일반적인 플라스틱 유형이고, 폴리프로필렌(PP)은 선형 탄화수소 중합체로 섬유 및 플라스틱에 가장 다양하게 사용 가능한 고분자 이다.

Future Market Insights(FMI)에서 최근 공개한 보고서에 따르면, 재료 유형 중 폴리에틸렌(PE)이 2022년 기준 37.26%의 점유율을 보이며 지속 적인 성장을 하고 있는 것으로 나타났다. 폴리에틸렌(PE)은 가격이 저렴하고, 우수한 열 수축 률(thermal shrinkage) 및 전자 절연성(electronic insulation)을 가져 리튬이온 배터리 제조에 주로 사용된다. 또한, 분리막은 제조 공정에 따라 건식 분리막과 습식 분리막으로 나뉘는데, 건식은 폴리머만 녹여서 만든 필름을 연신 공정을 통해 구멍을 만들고 습식은 용제를 섞어 고온에서 필름을 만들고 용매를 이용해 용제를 제거하는 방식으로 기공을 만든다. 습식 공정으로 만들어진 분리막은 구불구불하게 상호 연결된 기공 구조를 가진다. 이로 인해 더 많은 충전과 방전 주기를 제공하고 높은 에너지 밀도에서 사용 가능 하기 때문에, 주로 전기차에 사용된다. 에너지 밀도 증가 및 충전 속도 단축과 같은 배터리 성능을 높이기 위해 양극재와 전해질에 대한 연구를 중심으로 배터리 안정성에 직접적인 영향을 주는 분리막 개발에 대한 노력도 계속되고 있다. 내열성이 좋고, 수축이 적고, 우수한 저항력을 가진 세라믹 코팅을 습식 공정 중에 첨가해 분리막의 성능을 높이는 등 끊임없는 소재 개발이 진행 중이다.