수산화리튬

수산화리튬

수산화리튬 구조

수산화리튬의 결정 구조

수산화리튬(lithium hydroxide)은 전기차에서 주행거리를 300km이상으로 가능케 하는 배터리의 핵심 원료이다. 리튬이온 배터리의 리튬은 크게 탄산리튬과 수산화리튬으로 구분된다. 탄산리튬은 주로 단거리 주행에 사용되는 소형 전기차용 배터리를 포함해 스마트폰, 노트북, 전동공구용 등 에너지 용량과 밀도가 상대적으로 낮은 배터리 제작에 사용된다. 수산화리튬은 탄산리튬보다는 에너지밀도와 용량이 높은 배터리 제작에 사용된다. 주로 장거리 주행거리를 필요로 하는 전기차 양극재에 들어가는 리튬이다.

수산화리튬은 니켈 함량을 높인 '하이니켈' 양극재와 합성이 용이한 것으로 알려졌다. 하이니켈 양극재는 고용량 전기차 배터리 제작에 사용된다. 니켈은 높은 온도에서는 리튬과 합성이 잘 되지 않는데, 이런 이유에서 탄산리튬보다 녹는 온도가 낮은 수산화리튬이 니켈과의 합성이 용이한 것으로 알려져 있다.

전기차 배터리 1GWh(기가와트시)를 생산하는데 수산화리튬은 700톤이 필요하다. 수산화리튬 5만톤이면 배터리 70GWh 이상을 생산할 수 있다.

개요

수산화리튬은 화학식이 LiOH인 리튬의 수산화물이다. 흰색 고체이다. 물에 녹는다.

무수물은 무색 정방정계의 결정이며 비중 1.43, 녹는점 445℃ , 끓는점 약 925℃ 이다. 1수화물(LiOH·HO)은 무색 단사정계 결정으로 비중 1.83이다. 강한 염기이고 공기 속에서 이산화탄소를 흡수한다. 흡습성은 수산화나트륨이나 수산화칼륨보다 작다. 물 100g에 대한 용해도는 12.7g(0℃), 17.5g(100℃)이며 에틸알코올에는 잘 녹지 않는다. 수용액속에서 탄산리튬과 수산화칼슘, 또는 황산리튬과 수산화바륨의 복분해에 의해 1수화물을 만들고 이것을 오산화이인(PO)이 들어 있는 진공 데시케이터 속에서 탈수하든가 수소기류 속에서 가열하여 무수물을 만든다.

이산화탄소 흡수제, 리튬베이스그리스, 리튬비누 및 리튬화합물 제조의 원료, 사진현상약 등으로 사용된다.

제법

탄산리튬과 수산화칼슘, 또는 황산리튬과 수산화바륨의 복분해에 의해 수용액에서 1수화염을 얻고, 진공 중에서 오산화이인을 사용하여 탈수하거나 수소 기류 중에서 가열하여 무수염을 얻는다.

시장 전망

전기차 배터리 시장이 커지며 수산화리튬 수요가 2025년까지 연평균 35% 성장할 것이라는 분석이 나왔다. 글로벌 배터리 업계와 완성차 업체들이 소재 확보에 뛰어들며 배터리용 수산화리튬 수요는 45만t으로 폭증할 전망이다. 중국 CBEA(China Battery Enterprise Alliance)에 따르면 전 세계 수산화리튬 수요는 2019년 약 8만t으로 집계됐다. 리튬이온 배터리용 수산화리튬 수요는 약 4만2000t으로 전체 시장의 52%를 차지했다.

수산화리튬은 배터리 양극재의 필수 소재다. 니켈·코발트·알루미늄(NCA)을 비롯해 고용량 배터리 양극재에 주로 쓰인다.

전기차 시장이 커지면서 배터리 업체들은 수산화리튬 확보에 매진하고 있다. LG에너지솔루션은 2020년 말 칠레 리튬 생산업체 SQM과 리튬 공급 계약을 체결했다. 2021년부터 2029년까지 수산화리튬과 탄산리튬 5만5000t을 공급받기로 했다. 2018년 말 중국 간펑리튬 지분 1.2%를 사고 톈치리튬 자회사인 호주 톈치리튬퀴나나(TLK)로부터 작년부터 수산화리튬을 수급하고 있다. 또 2021년 7월, 호주 벌칸 에너지 리소스와 연간 1만t 규모(첫해 5000t)의 수산화리튬 구매계약을 체결했다. 기간은 5년으로, 5년 연장할 수 있다. 최대 10년 동안 총 9만5000t의 수산화리튬을 확보한 것이다.

삼성SDI는 간펑리튬 지분 1.8%를 갖고 있다. 2018년 포스코와 컨소시엄을 꾸려 칠레에서 리튬 프로젝트도 따냈다.

SK이노베이션은 TLK로부터 최대 5만t의 수산화리튬을 조달한다. 거래 기간은 2019년 7월부터 2024년까지다. 중국 롱후이 리튬과도 작년 10월 장기 공급 계약을 성사시켰다. 롱후이 리튬은 LG에너지솔루션, 삼성SDI와도 수산화리튬 납품에 손을 잡았다.

글로벌 완성차 업체들도 수산화리튬에 눈독을 들이고 있다. 미국 테슬라는 중국 쓰촨 야후아 인더스트리얼 그룹의 자회사 야안 리튬으로부터 수산화리튬을 구매했다. 계약 규모는 6억3000~8억8000만 달러(약 6800억~9600억원)로 추정된다. 독일 BMW는 간펑리튬과 5억4000만 유로(약 7220억원)에 달하는 계약을 맺었다. 2020년부터 2024년까지 4년간 리튬을 받는다.

포스코도 2020년 4월 연산 1500t 규모의 수산화리튬 생산라인을 광양 PosLX 공장에서 준공하고 생산에 들어갔다. 포스코는 수산화리튬을 폐2차전지에서 수거한 인산리튬을 통해 만든다. 인산리튬을 전환농축 작업을 거쳐 수산화리튬으로 만드는 공정인데, 리튬 회수율이 80%이상이라 경제성이 높다는 것이 포스코의 설명이다. 제조 과정에서 고형 폐기물도 발생하지 않고, 불순물 함량도 경쟁사 제품대비 3분의 1수준이다.

2021년 7월 기준으로 수산화리튬 가격은 t당 1만5000달러(약 1718만원) 내외이다.

참고자료

• 〈수산화 리튬〉, 《위키백과》
• 〈수산화리튬〉, 《화학대사전》
• 〈수산화리튬〉, 《사이언스올》
• 김동규 기자, 〈배터리 업계 ‘수산화리튬’ 확보전쟁 지속〉, 《이코노믹리뷰》, 2019-05-08
• 유희석 기자, 〈{단독)LG에너지솔루션, 친환경 수산화리튬 10년간 9만5000t 확보〉, 《비즈니스플러스》, 2021-07-19
• 오소영 기자, 〈배터리용 수산화리튬 수요 수직상승…2025년 45만t〉, 《더구루》, 2021-01-09
• 황시영 기자, 〈배터리업체, 수산화리튬 확보 전쟁 시작됐다〉, 《머니투데이》, 2019-05-06
• 포스코, 〈포스코, 광양에 연산 4만3천톤 규모 수산화리튬 공장 착공〉, 《포스코뉴스룸》, 2021-05-26

같이 보기

• 탄산리튬
• 수산화물
• 리튬

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