이차전지의 원천기술은 기술은 일본에서 비롯했다. Sony가 1991년 리튬이온전지를 처음 상용화했고, 당시 소재 기술로서 양극재는 LiCoO2, 음극재는 저온탄소, 분리막은 이축(Bi -axial)으로 늘린 폴리에틸렌, 전해액은 EC/DEC에 용해된 LiPF6를 채택했다. 이는 지금과 크게 다르지 않다.
중요한 것은 이들이 현재에서도 이차전지의 주요 핵심소재(양극재, 음극재, 분리막, 전해액 등)로 활용되고 있다는 점이다. 업계에서는 이들은 이차전지의 4대 핵심소재로 분류하고 있다.
양극재: 양극재는 배터리의 성능과 원가에 가장 큰 영향을 미친다. 양극재는 집전체인 알루미늄박에 활물질, 도전재, 바인더를 섞은 합재를 코팅한 후, 건조·압착하여 제작한다.
음극재: 음극활물질은 대부분 흑연이 사용된다. 흑연이 구조적 안정성, 낮은 전자 화학 반응성, 많은 리튬 이온 저장 능력, 저렴한 가격 등의 조건을 갖추고 있기 때문이다. 천연흑연은 원가와 용량에서 강점을 가지고, 인조흑연은 조직이 안정적이며 수명이 길다. 전기차용으로는 성능 향상이 유리한 인조흑연의 사용이 확대되고 있다. 천연흑연은 Shanshan 및 BTR 등 중국 업체들이 주도하고, 인조흑연은 미쓰비시화학과 히타치화학 등 일본 업체들이 이끌고 있다.
분리막: 분리막은 다공성 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)이 상용화돼 있고, 제조공정에 따라 습식과 건식으로 나뉜다. 습식 분리막은 강도·탄성·두께·기공균일도 등에서 우수하고, 건식 분리막은 원가 경쟁력이 높다. 고속 자동화 라인에는 강도가 우수한 습식막이 적합하다.
리튬폴리머 전지의 경우 다공성 고분자막 표면에 세라믹 입자층을 코팅한 강화 분리막을 사용하는데, 고온에서도 분리막의 기계적 수축을 방지해 내구성과 내열성을 높여주기 때문이다. 분리막은 일본 업체들의 경쟁력이 높다. 삼성SDI는 Asahi Kasei를 주된 공급처이며, Toray 등과도 협력하고 있다.
전해액: 전해액은 리튬염, 용매, 첨가제로 구성된다. 리튬염은 음이온의 크기가 크고 이온전도도가 우수한 LiPF6(육불화인산리튬)를 상업용 전해액의 표준으로 사용하고, LiBF4, AsFAsFAsF6, LiCIO4, LiTFSI, LiBOB 등도 사용된다.
유기용매는 유전율과 점도가 높은 고리형 카보네이트((EC, PC 등)를 기본 용매로 하고, 유전율과 유전율과 점도가 낮은 사슬형 카보네이트(DMC, DEC, EMC 등)를 보조 용매로 혼합해 제조한다.
