전구체(Precursor)

 

보통 전구체란 어떤 화학 반응을 이용해 A라는 물질을 만들 때 그 이전 단계의 물질을 의미합니다.

즉, 제가 지금 하고 있는 배터리의 양극재에서 필수적으로 사용하고 있는 단어이고, 꼭 이공계가 아니더라도 산업 분야에서 언급되는 이유 중 하나가 전구체를 원료와 제품 중 무엇으로 판단할 지에 대한 기준이 언급되기도 합니다.

제 생각에는 원료를 이용한 "제품" 이라고 생각이 됩니다. 하지만 이는 세금 등과 같이 품목 자체가 바뀌어서 발생하는 법적인 문제가 발생하기 때문에 기준이 명확해질 때까지 기다려봐야 합니다.

 

배터리에서는 주로 NCM, NCA, NCMA, LCO, LTO, LNO 등 다양한 양극재를 사용합니다. 배터리 원가의 40%를 양극재가, 이 양극재 원가의 70% 가량을 전구체가 차지 하고 있기 때문에 전구체 제조는 매우 중요한 프로세스입니다.

이 중에서 전구체는 NiCoMn(OH)2, NiCo(OH)2, Ni(OH)2, Co(OH)2 등이 되겠습니다. 물론 제조 프로세스별로 전구체의 형태가 달라질 수 있습니다. 제가 주로 사용하는 전구체는 NiCoMn(OH)2나 Co(OH)2입니다.  

주로 공침이 필요한 경우에는 황산 또는 질산 등 산에 녹아있는 니켈, 코발트, 망간 등을 암모니아수 등 착화제를 이용하여 공침(Co-precipitation) 시키고 NaOH 등과 같은 pH조정제를 이용하여 알맞은 pH 적정을 통해 -OH기가 붙은 전구체를 제조합니다.  

공침이란 말 그대로 물질을 함께 침전시키는 현상을 말하는데 추후 중화반응과 같이 풀어 나가겠습니다. 

 또한, 레시피 아닌 레시피로 적정 후에 Na2SO4가 발생하여 불순물 및 오염물질로 자리잡게 되는데 따로 여과 및 세척과정에서 50℃ 정도의 따뜻한 D.I. Water를 사용하면 제거할 수 있습니다. (생각보다 여러번 진행하셔야합니다.)

 저 같은 경우에는 재활용 및 전구체 제조를 양산 과정을 위해 Scale-up 공정으로 진행 중인데 다른 것보다도 여과 및 세척과정에서 조건을 잡지 못해 꽤나 고생했습니다.

 혹시나 실험계획 대로 진행을 했는데 분석에서 XRD Pattern이나 ICP, XRF 등에서 순도 문제가 발생하게 된다면 세척 과정을 극단적으로 진행해보세요.