불화리튬, 탄산리튬, 수산화리튬은 모두 리튬의 화합물이지만, 화학적 구조와 특성이 다릅니다.
불화리튬은 리튬과 플루오린으로 이루어진 화합물로, 화학식은 LiF입니다. 무색의 결정체로, 녹는점은 848°C, 끓는점은 1600°C입니다. 물에 잘 녹지 않으며, 용액은 약한 염기성을 띱니다. 불화리튬은 유리, 세라믹, 전해액, 윤활제 등의 원료로 사용됩니다.
탄산리튬은 리튬과 탄소, 산소로 이루어진 화합물로, 화학식은 Li2CO3입니다. 백색의 가루로, 녹는점은 723°C, 끓는점은 1400°C입니다. 물에 잘 녹으며, 용액은 약한 염기성을 띱니다. 탄산리튬은 리튬화합물 중 가장 많이 생산되는 종류로, 리튬이온 배터리 양극재, 유리, 세라믹, 세제 등의 원료로 사용됩니다.
수산화리튬은 리튬과 수소, 산소로 이루어진 화합물로, 화학식은 LiOH입니다. 백색의 결정체로, 녹는점은 454°C, 끓는점은 923°C입니다. 물에 잘 녹으며, 용액은 강한 염기성을 띱니다. 수산화리튬은 리튬이온 배터리 양극재, 유리, 세라믹, 염료 등의 원료로 사용됩니다.
구분 기준
불화리튬, 탄산리튬, 수산화리튬은 화학적 구조와 특성이 다르기 때문에, 다음과 같은 기준으로 구분할 수 있습니다.
- 화학식: 불화리튬은 LiF, 탄산리튬은 Li2CO3, 수산화리튬은 LiOH입니다.
- 물에 대한 용해성: 불화리튬은 물에 잘 녹지 않으며, 탄산리튬과 수산화리튬은 물에 잘 녹습니다.
- 산-염기성: 불화리튬은 약한 염기성을 띠며, 탄산리튬은 약한 염기성을 띠며, 수산화리튬은 강한 염기성을 띱니다.
- 용도: 불화리튬은 유리, 세라믹, 전해액, 윤활제 등의 원료로 사용되며, 탄산리튬은 리튬이온 배터리 양극재, 유리, 세라믹, 세제 등의 원료로 사용되며, 수산화리튬은 리튬이온 배터리 양극재, 유리, 세라믹, 염료 등의 원료로 사용됩니다.
세 가지 화합물을 구분하는 방법은 다음과 같습니다.
- 외관: 불화리튬은 백색의 결정성 고체, 탄산리튬은 백색의 가루, 수산화리튬은 백색의 결정성 고체입니다.
- 융점/끓는점: 불화리튬이 가장 안정적이므로 융점과 끓는점이 가장 높습니다. 탄산리튬이 그 다음으로 안정적이며, 수산화리튬이 가장 불안정합니다.
- 용도: 불화리튬은 광학 유리, 용융제, 리튬 이차전지 전해액 원료로 사용됩니다. 탄산리튬은 리튬 이차전지 양극재 원료, 유리, 세제, 비누, 화장품 등에 사용됩니다. 수산화리튬은 리튬 이차전지 양극재 원료, 용제, 염료, 제지, 식품첨가물 등에 사용됩니다.
참고로, 리튬의 화합물은 이외에도 다음과 같은 것들이 있습니다.
- 리튬염: 리튬과 다른 원소의 화합물로, 리튬염화나트륨(LiCl), 리튬황산(Li2SO4), 리튬인산(Li3PO4) 등이 있습니다. 주로 의약품, 화학제품, 전자제품 등에 사용됩니다.
- 리튬합금: 리튬과 다른 금속의 합금으로, 리튬알루미늄합금, 리튬마그네슘합금, 리튬니켈합금 등이 있습니다. 주로 항공기, 우주선, 자동차 등에 사용됩니다.
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불화리튬은 리튬이온 배터리의 전해액으로 사용됩니다. 전해액은 양극과 음극 사이에 이온을 운반하여 전류를 흐르게 하는 역할을 합니다. 불화리튬은 다른 리튬 화합물에 비해 전기 전도성이 높고, 안정성이 뛰어나기 때문에 전해액으로 적합합니다.
탄산리튬은 리튬이온 배터리의 양극재로 사용됩니다. 양극재는 전기 에너지를 저장하는 역할을 합니다. 탄산리튬은 에너지 밀도가 높고, 비교적 저렴하기 때문에 양극재로 많이 사용됩니다.
수산화리튬은 리튬이온 배터리의 양극재로 사용됩니다. 수산화리튬은 에너지 밀도가 높고, 안정성이 뛰어나기 때문에 양극재로 주목받고 있습니다. 특히, 수산화리튬은 니켈 함량이 높은 하이니켈 배터리에 사용되면 에너지 밀도를 더욱 높일 수 있습니다.
불화리튬, 탄산리튬, 수산화리튬의 이차전지 사용
최근에는 니켈 함량이 높은 삼원계 배터리의 수요가 증가하면서 수산화리튬의 사용이 증가하고 있습니다.
수산화리튬은 니켈과의 결합성이 좋기 때문에, 삼원계 배터리의 에너지 밀도와 출력을 향상시키는 효과가 있습니다.
수산화리튬은 탄산리튬보다 에너지 밀도가 높고 전압이 높아 리튬이온 배터리의 주행거리를 늘리고 충전 시간을 단축할 수 있습니다. 하지만 수산화리튬은 탄산리튬보다 비싸고 불안정하다는 단점이 있습니다.
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KIGAM 한국지질자원연구원
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