LFP 배터리와 나트륨 배터리가 NCM 배터리보다 무거운 이유 | 인산철 배터리가 무거운 이유 | 나트륨 소듐 배터리가 무거운 이유

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LFP 배터리와 나트륨 배터리가 NCM 배터리보다 무거운 이유 | 인산철 배터리가 무거운 이유 | 나트륨 소듐 배터리가 무거운 이유

에스터화 2025. 4. 29. 21:45

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LFP(리튬인산철) 배터리가 NCM(니켈코발트망간) 배터리보다 무거운 주된 이유는 화학적 구성, 결정 구조, 에너지 밀도 차이에서 비롯됩니다. 나트륨(Na) 전지가 무거워지는 이유는 원자량과 전기화학적 특성에 기인합니다. 각 기술의 중량 당 에너지 밀도는 다음과 같습니다:

1. LFP가 NCM보다 무거운 이유

① 철(Fe) 원자의 높은 원자량
LFP 양극재의 주성분인 철(Fe)은 원자량이 55.85g/mol로, NCM의 니켈(58.69g/mol), 코발트(58.93g/mol), 망간(54.94g/mol)보다 질량이 크진 않지만, 낮은 전압(3.2V)과 에너지 밀도로 인해 동일 용량을 저장하려면 더 많은 양극재가 필요합니다[6]. 예를 들어, 1kWh 저장 시 LFP는 NCM 대비 약 1.5~2배 더 많은 양극재를 사용합니다[7].

② 낮은 에너지 밀도
LFP의 중량당 에너지 밀도는 140~160Wh/kg인 반면, NCM은 180~300Wh/kg입니다[1][2][5]. 동일한 에너지를 저장하기 위해 LFP는 더 많은 재료를 사용해야 하므로 무게가 증가합니다. 테슬라 모델3의 경우 LFP 배터리 탑재 시 NCA 배터리 대비 125kg 더 무겁습니다[7].

③ 구조적 안정성과 두꺼운 전극
LFP는 안정적인 페리도트 구조로 열폭주 위험이 적지만, 리튬 이온 이동 경로가 1차원적이며 전기 전도도가 낮아 두꺼운 전극을 사용해야 합니다. 이로 인해 동일 용량 대비 부피와 무게가 증가합니다[3][6].

2. 나트륨(Na) 전지가 무거워지는 이유

① 나트륨의 높은 원자량
나트륨 원자량은 23g/mol로 리튬(6.9g/mol)의 약 3.3배입니다. 동일한 수의 이온을 이동시킬 경우 질량이 크게 증가합니다[4].

② 낮은 표준환원전위
나트륨의 전압은 -2.7V로 리튬(-3.0V)보다 0.3V 낮아 에너지 밀도(=전압×용량/무게)가 감소합니다. 이를 보완하기 위해 더 많은 활물질이 필요해 무게가 증가합니다[4].

3. 중량 당 에너지 밀도 비교

배터리 유형 | 에너지 밀도 (Wh/kg) | 특성
NCM | 180~300 | 고에너지 밀도, 경량화 가능
LFP | 140~160 | 낮은 에너지 밀도, 안정성 우수
나트륨 이온 | 140~160 | 리튬 대비 원자량으로 인한 무게 증가[4]

요약

- LFP의 무게는 낮은 전압과 에너지 밀도로 인해 동일 용량 저장 시 더 많은 재료가 필요하기 때문입니다.
- 나트륨 전지는 원자량과 낮은 전압이 복합적으로 작용하여 리튬 배터리 대비 무거워집니다.
- 에너지 밀도는 NCM > LFP ≈ 나트륨 이온 순으로, NCM이 가장 우수합니다.

출처
[1] NCM,LFP,LFMP의 성능 비교 https://ko.tobmachine.com/blog/performance-comparison-of-ncm-lfp-and-lfmp_b100
[2] The Difference Between LFP And NCM - News - Pailort https://www.pailort.com/news/the-difference-between-lfp-and-ncm-83483221.html
[3] This is why NCM is the preferable Cathode material for Li-ion batteries https://lghomebatteryblog.eu/this-is-why-ncm-is-the-preferable-cathode-material-for-li-ion-batteries/
[4] [배터리완전정복](21)"-20℃서도 끄떡없다" 나트륨배터리, '게임체인저 ... https://www.asiae.co.kr/article/2024012611512875219
[5] Lithium NMC and LFP batteries: what are the differences? | Neogy® https://neogy.fr/en/news/differences-between-nmc-and-lfp-lithium-batteries-our-complete-guide/
[6] ChatGPT: LFP 배터리 에너지 밀도 문제 이유 https://hellohoney.tistory.com/422125
[7] [테크다이브]전기차 대세는 어디로? `구세대` LFP 배터리의 반격 https://m.ddaily.co.kr/page/view/2023042923025667100
[8] 배터리 단위 총정리 : 네이버 블로그 https://blog.naver.com/junwithanalysis/223106643306
[9] [배터리 3편] 전기차 배터리의 기술 방향성 - 브런치스토리 https://brunch.co.kr/@mobility/102
[10] 전기 자동차 배터리 비교: LFP vs. NCM https://dolltang3.tistory.com/entry/%EC%A0%84%EA%B8%B0-%EC%9E%90%EB%8F%99%EC%B0%A8-%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC-%EB%B9%84%EA%B5%90-LFP-vs-NCM
[11] 'LFP' 'NCM' 'NVPF' 용어를 알면 배터리가 보인다 - 조선비즈 https://biz.chosun.com/science-chosun/technology/2023/11/01/VFUXANXRMBAOTM7KFYLFDJO4NU/
[12] 전기차 LFP배터리가 NCM에 비해 - 클리앙 https://www.clien.net/service/board/cm_car/18603237
[13] Performance Comparison Of NCM,LFP And LFMP https://www.tobmachine.com/blog/performance-comparison-of-ncm-lfp-and-lfmp_b100
[14] NCM, LFP 배터리, 전고체 배터리 : 네이버 블로그 https://blog.naver.com/nbarice/223671418062
[15] Comparison of New Energy Storage between LFP vs NCM - Suness https://www.suness.com/Blog/comparison-of-new-energy-storage-between-lfp-vs-ncm.html
[16] NMC vs LFP: safety and performance in operation - PowerUp https://powerup-technology.com/nmc-vs-lfp-safety-and-performance-in-operation/
[17] LFP 리튬인산천배터리 vs NCM 삼원계배터리 차이점 https://mookstory.tistory.com/entry/LFP-%EB%A6%AC%ED%8A%AC%EC%9D%B8%EC%82%B0%EC%B2%9C%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC-vs-NCM-%EC%82%BC%EC%9B%90%EA%B3%84%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC-%EC%B0%A8%EC%9D%B4%EC%A0%90
[18] Comparing NMC and LFP Lithium-Ion Batteries for C&I Applications https://www.mayfield.energy/technical-articles/comparing-nmc-and-lfp-lithium-ion-batteries-for-ci-applications/
[19] NMC vs LFP: Everything you need to know about electric car batteries https://www.electrifying.com/blog/knowledge-hub/lfp-vs-nmc-batteries-what-you-need-to-know-about-electric-car-batteries
[20] 이차전지 양극재 2가지 NCM vs LFP 비교 : 이론 대비 실제용량, 장단점 https://fromscratch2024.tistory.com/entry/%EC%9D%B4%EC%B0%A8%EC%A0%84%EC%A7%80-%EC%96%91%EA%B7%B9%EC%9E%AC-2%EA%B0%80%EC%A7%80-NCM-vs-LFP-%EB%B9%84%EA%B5%90-%EC%9D%B4%EB%A1%A0-%EB%8C%80%EB%B9%84-%EC%8B%A4%EC%A0%9C%EC%9A%A9%EB%9F%89-%EC%9E%A5%EB%8B%A8%EC%A0%90
[21] 비싼 리튬·동박 안 쓴다…'가성비 끝판왕' 나트륨배터리[딥다이브] https://www.donga.com/news/Economy/article/all/20231128/122380347/1
[22] [취재] 이차전지, 그것이 알고싶다! https://renewableenergyfollowers.org/4069
[23] 나트륨 이온 배터리 필수 사항: 설계, 고장, 안전 https://www.neware-korea.com/show/news/29.html
[24] [PDF] 나트륨이온배터리 - 유진투자증권 https://www.eugenefn.com/common/files/amail/20230224_B15_tjdgus2009_553.pdf
[25] LFP 배터리의 모든 것: 장단점과 주의사항 - RunJimmy https://glorypark.tistory.com/entry/LFP-%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC%EC%9D%98-%EB%AA%A8%EB%93%A0-%EA%B2%83-%EC%9E%A5%EB%8B%A8%EC%A0%90%EA%B3%BC-%EC%A3%BC%EC%9D%98%EC%82%AC%ED%95%AD
[26] Future climate impacts of sodium-ion batteries - ScienceDirect.com https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921344923004962
[27] [논문]LiFePO4/C의 carbon coating 방법 및 다공성 구조 형성에 의한 ... https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201436351073975
[28] 세상의 모든 배터리에 대한 궁금증 – LFP 배터리가 주목받는 이유는 ... https://inside.lgensol.com/2023/10/%EC%84%B8%EC%83%81%EC%9D%98-%EB%AA%A8%EB%93%A0-%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC%EC%97%90-%EB%8C%80%ED%95%9C-%EA%B6%81%EA%B8%88%EC%A6%9D-lfp-%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC%EA%B0%80-%EC%A3%BC%EB%AA%A9/
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[31] Physics - Sodium as a Green Substitute for Lithium in Batteries https://link.aps.org/doi/10.1103/Physics.17.73
[32] How much does todays LFP batteries weigh per kWh? - Reddit https://www.reddit.com/r/electricvehicles/comments/1f2iivq/how_much_does_todays_lfp_batteries_weigh_per_kwh/
[33] (영상)배터리 '중국 LFP vs 한국 NCM' 전기차 표준 놓고 격돌 https://www.newstomato.com/readNewspaper.aspx?no=1095997
[34] Lithium batteries type: which chemistry should be used? https://www.flashbattery.tech/en/blog/types-of-lithium-batteries-which-chemistry-use/
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[36] Inconvenient Facts About LFP Batteries - Impossible Metals https://impossiblemetals.com/blog/inconvenient-facts-about-lfp-batteries-2/
[37] Estimating the tipping point for lithium iron phosphate batteries https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261924021172
[38] NCM 배터리와 LFP 배터리의 차이점은 무엇인가요? https://www.jobindexworld.com/circle/view/12836
[39] Pack Gravimetric Energy Density - Battery Design https://www.batterydesign.net/pack-gravimetric-energy-density/
[40] Lithium iron phosphate battery - Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_iron_phosphate_battery
[41] NCM, LFP 배터리 쉽게 알아보자! https://investment23.tistory.com/entry/NCM-LFP-%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC-%EC%89%BD%EA%B2%8C-%EC%95%8C%EC%95%84%EB%B3%B4%EC%9E%90
[42] Cell-to-pack LFP Lithium Batteries Outperform NMC - OneCharge https://www.onecharge.biz/blog/cell-to-pack-lfp-lithium-batteries-outperform-nmc/
[43] NCM배터리가 LFP배터리보다 고용량이 될 수 있는 이유는 무엇인가요? https://www.a-ha.io/questions/4565d6b845ece5768a860ce40dfaf5ab
[44] Performance comparison of NCM, LFP and LFMP - LinkedIn https://www.linkedin.com/pulse/performance-comparison-ncm-lfp-lfmp-batterymachine-8t2pf
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[46] Sodium-ion batteries – a viable alternative to lithium? - PV Magazine https://www.pv-magazine.com/2024/03/22/sodium-ion-batteries-a-viable-alternative-to-lithium/
[47] Sodium-Ion Batteries: Why bother with sodium? - theenergyst.com https://theenergyst.com/sodium-ion-batteries-why-bother-with-sodium/
[48] Sodium batteries: The technology of the future? https://www.flashbattery.tech/en/blog/sodium-batteries/
[49] Sodium-Ion Battery Vs. Lithium-Ion Battery: Which One is Better? https://www.laserax.com/blog/sodium-ion-vs-lithium-ion-batteries
[50] Sodium-ion battery - Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium-ion_battery
[51] LFP배터리의 한계와 개선 방향 : 네이버 블로그 https://blog.naver.com/blissfulnara/223363982155
[52] What makes a good battery? An analysis of energy densities https://futurebatterylab.com/what-makes-a-good-battery-an-analysis-of-energy-densities/

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