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• 한국과학기술대학교(현재 한국공학대학교) 신소재공학과 교수를 역임하고 국내외 기업에서 연구 개발에 종사한 과학자 강찬형이 리튬이온 이차전지 관련 양극 소재를 연구한 경험을 바탕으로 현재 일상생활에 널리 퍼져있는 리튬이온 이차전지에 사용되는 소재에 대해서 일반인이 쉽게 이해할 수 있도록 기술자의 관점에서 설명하였다.
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• 머리말 제 1 장 전기화학 개론 원소 주기율표 전자의 배타원리 산화ㆍ환원과 이온화 경향 산화ㆍ환원 쌍 전기화학 셀 표준 환원 전위 전기화학 반응 제 2 장 리튬이온전지 일차전지와 이차전지 리튬의 등장 리튬이온 일차전지 리튬이온 이차전지 리튬이온전지 외형의 종류 제 3 장 리튬이온 이차전지 소재 리튬이온 이차전지의 구성 양극활물질 층상구조 양극활물질 스피넬 구조 양극활물질 올리빈 구조 양극활물질 음극활물질 탄소계 음극활물질 합금계 음극활물질 기타 음극활물질 유기 액체 전해질 고분자 전해질 분리막 기타 전지 소재 및 부품 제 4 장 리튬이온 이차전지의 제조 리튬이온 이차전지의 설계 전지 전극 제조공정 전지 조립공정과 활성화 공정 전고체 전지 맺는말
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• “이차전지는 현대 과학 지식의 결정체이다. 전지의 구성 소재 대부분이 자연에서 나오는 것을 그대로 쓰는 게 아니라 새롭게 합성한 신소재이다. 주기율표에서나 보는, 지구상에 부존량이 얼마 안 되는 리튬 원소가 전지의 중심으로 떠올랐다. 리튬전지의 구성 방법이나 작동 원리는 오래전부터 확립된 인류의 과학지식의 산물이다. 리튬이온 이차전지의 역사는 50년이 채 되지 않는다. 휴대전화, 컴퓨터, 자동차 이렇게 이차전지의 수요처가 점차 늘어나면서 관계되는 전지 산업의 규모가 커지고 금융시장의 관심을 받게 되었다. 전지 관련 업체가 하이라이트를 받게 되고 신규로 생겨나기도 하였다. 금융시장에서 자금 동원의 한 방편인 주식시장에서도 이차전지 산업은 큰 관심을 끌고 있다.” -머리말 중에서 “이차전지 산업의 생리를 제대로 이해하려면 그 저변의 복합적인 요소를 알아야 하지만, 필자의 소견으로는 소재 혹은 재료공학에 대한 지식이 있어야 한다. 이차전지 산업에서 쓰는 새로운 기술 용어가 등장하여 일반인들의 이해를 요구하고 있다. 필자는 대학에서 이차전지의 양극 재료의 합성과 특성 평가를 연구하였고, 학부생이나 대학원생을 대상으로 전지와 관련되는 수업을 지도하거나 강의를 해 왔다. 평생을 재료공학에 관계해온 사람으로서 작금의 이차전지 산업 현실을 일반인이 이해하기 쉽게 설명해야 한다는 마음의 빚을 지고 있었다.” -머리말 중에서 “전지에서 일어나는 물리적 현상을 일반인들에게 쉽게 설명하기 위해서 종종 국제적인 무역사례를 들기도 한다. 우리나라는 옛날 개발 연대에 신용장(Letter of Credit, L/C)) 내도액 총액을 매달 언론에 발표하여 수출액의 변동 추이를 일반인들도 쉽게 파악할 수 있게 하였다. 다른 나라에서 물품을 수입하려면 먼저 은행에 가서 물품 대금을 예치하고 물품 판매자에게 주문서와 함께 은행이 발행한 신용장(L/C)을 보낸다. 수출하려는 업체는 상대국 업체가 보낸 주문서대로 물품을 보통 배로 선적하고 관련 서류 사본을 전신이나 팩스로 주문자에게 보낸다. 여기서 배로 보내지는 물품이 전지로 보면 이온이고 관련 부속서류가 전자라고 보면 된다. 물품을 보낸 수출업자는 국내 은행에 가서 관련 서류를 제출하면 은행으로부터 대금을 받는다. 돈이 수입업자에서 수출업자에게 지급되는 과정은 전지에서 보면 전류가 음극에서 양극으로 흐르는 것이라고 볼 수 있다. 전류의 방향은 전자의 이동 방향과 반대이다.” -본문 중에서 “그러나 전고체 전지는 고체 형태이다 보니 액체 전해질보다 이온전도도가 낮아 출력이 낮고 수명이 짧다는 단점이 있다. 이에 따라 세계의 전지 연구자들은 최대한 이온전도도를 높일 수 있는 전고체 배터리 소재 찾기에 나섰다. 전해질 소재가 액체에서 고체로 바뀔 뿐만 아니고 아마도 양극과 음극 재료를 포함하여 기존의 전극 구성 소재가 바뀔 가능성도 있다. 세계적인 제조기업에서 이를 기반으로 전고체 전지 개발에 열을 올리고 있다. 현재 고체 전해질 소재의 유력한 후보는 고분자와 산화물, 인산염, 황화물 등 무기계 고체 전해질(inorganic solid electrolyte)이다. 이 소재들의 각각은 장단점이 명확하다. 앞 절 고체 전해질 부분에서 다룬 바 있는 고분자는 이온전도도나 온도 변화에 대한 안정성이 떨어지지만 생산 용이성이 높다. 아무래도 고분자 소재는 발화되면 쉽게 타버리는 약점이있다. 한편 산화물과 인산염은 이온전도율이나 안정성은 괜찮은 편이나 생산 용이성이 낮다. 현재 산업계의 주목을 받는 물질은 황화물이다. 황화물 소재는 이온전도도, 생산 용이성, 온도 변화에 대한 방어...력 등이 두루 높다.” -본문 중에서 “리튬이온 이차전지의 성능이 날로 향상되면서 사용처를 이동용 전자기기의 전원에 만족하지 않고 큰 용량이 필요한 자동차의 동력원으로 검토되었다. 전기자동차의 당위성을 설명하는 과정에 이른바 환경론자들의 수사(rhetoric)를 갖다가 쓰는 경우가 생겼다. 지구 온난화와 도심 매연이 과도한 휘발유 자동차의 운행에 그 원인이 있으니 휘발유 자동차를 줄이고 배터리 자동차를 늘리면 된다는 이론이다. 전지 산업에 종사하는 기술자나 회사들은 전지의 수요가 커지는 방향이니까 여기에 찬성한다. 주식시장은 새로운 시장이 열리니까 적극적으로 환영한다. 자동차 제조 회사는 전기자동차 개발에 시간과 인력이 소요되지만, 정책이 그러니까 이 경향에 따라갈 수밖에 없다. 자동차용 강판을 공급하는 제철 회사들은 지금까지 과도한 이산화탄소 배출 공장을 운영한다는 오명을 받고 있던 차에 새로운 수요가 생기니까 반대할 이유가 없다. 정책을 입안하는 정치가들도 새로운 게임의 창출로 재미를 볼 수 있으니까 전기자동차에 대한 정부 보조금 제도나 휘발유 자동차의 단종을 법률로 규정하였다.” -맺는말 중에서 “일반인들은 전기차라고 말하면 깨끗하고 환경친화적이라고 생각한다. 나무를 태워서는 밥이나 짓고 보일러 정도나 목탄차를 움직일 수 있지만, 발전소에서 석탄이나 석유를 태워 전기를 만들면 전철의 운용에서 볼 수 있듯이 큰 힘을 낸다. 환경론자들의 얘기를 쉽게 풀어쓰자면 좀 불편하고 답답하더라도 큰 힘을 내는 휘발유 자동차보다는 목탄차나 타자는 얘기다. 항공유도 큰 힘을 내기보다는 비행기가 뜰 정도의 힘만 내는 연료로 대체하자는 얘기이다. 반대로 개발론자들의 주장은 언젠가는 그럴 날이 올 줄 모르지만, 아직 주위 여건이 그 정도는 아니니까 지금은 그냥 넘어가 보자는 얘기이다. 지구 온난화 감소를 의한 탄소배출 줄이기 정책이 소위 선진국에서 실질적으로 이루어지지 않고 있는 이유 중 하나이다.” -맺는말 중에서
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• 강찬형 [저]

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