두 배터리 알루미늄과 망간 첨가해 성능 개선…둘 다 혼용돼 사용될 가능성 커
[매일일보 문수호 기자] 제2의 반도체라 불리는 전기차 배터리 분야에서 각 나라와 기업별 경쟁이 격화되고 있다. 한국을 비롯한 중국, 일본 배터리 업체들의 치열한 점유율 경쟁과 유럽 완성차업체들의 배터리 내재화 작업까지 더해 갈수록 경쟁이 심화되는 양상이다.
27일 배터리 업계에 따르면 배터리 시장 선도를 위한 점유율 경쟁과 차세대 배터리 개발에 관한 보이지 않는 신경전은 배터리뿐만 아니라 소재 쪽에서도 치열하게 전개되고 있다.
현재 세계적인 배터리 회사의 연구개발 방향은 두 갈래로 나눠진다. 한국의 LG화학과 SK이노베이션 등 주요 배터리업체들이 채택하고 있는 리튬이온배터리(NCM‧NCA)와 중국 CATL이 개발 중인 리튬인산철배터리(LFP)가 대표적이다.
현재 대표적으로 사용되고 있는 전기차 배터리는 대부분 리튬이온배터리다. 리튬이온배터리는 양극재와 음극재, 분리막, 전해액 등으로 이뤄져 있는데 이중 핵심 소재인 양극재에 대한 개발이 전기차 배터리의 향방을 가를 전망이다.
CATL이 개발 중인 LFP배터리는 가격이 저렴하고 안전성이 높지만, 에너지 밀도가 낮아 주행가능 거리가 짧고 무겁다는 단점이 있다. 반면 리튬이온배터리는 에너지밀도가 높아 주행가능 거리가 길고 출력이 좋지만, 안정성이 상대적으로 떨어지고 값이 비싸다.
LG화학과 SK이노 등 리튬이온배터리를 주력으로 하는 기업들은 코발트 비중을 줄이는데 주력하고 있다. High니켈 양극재는 3원계 소재로 NCM(니켈-코발트-망간)과 NCA(니켈-코발트-알루미늄) 모두 니켈 함량을 높이면서 값비싼 코발트는 상대적으로 줄이는 연구가 핵심이다. 코발트 가격은 2018년에는 t당 9만달러가 넘기도 했으며 이후 가파른 하락세를 보였지만, 여전히 t당 3만달러 수준을 넘나들고 있다.
최근에는 코발트 비중을 대폭 줄이고 알루미늄을 첨가한 4원계 소재 NCMA(니켈-코발트-망간-알루미늄)가 개발되고 있다. 니켈 함량이 일정 수준을 넘으면 소재 안정성이 급격히 저하되는데 알루미늄을 첨가해 안정성을 구현한 것이다. 포스코케미칼이 대표적으로 니켈 함량 80% 이상 NCMA 양극재 기술을 확보해놓은 상태다.
이에 반해 중국 CATL의 리튬인산철(LFP) 배터리는 원가가 높은 코발트를 쓰지 않는 LFP배터리로, 현재 테슬라의 모델3 중국 출시 모델에 공급되고 있다. 다만 LFP 배터리는 에너지 밀도에 한계가 있어 망간을 추가한 LFMP가 개발 중에 있다. 망간이 추가되면 전압을 높이고 에너지밀도를 추가 개선시킬 수 있다.
LFP배터리는 코발트가 적용되지 않는 만큼 가격이 싸다는 장점이 있으며 니켈에 비해 안정성이 뛰어나다는 장점이 있다. 다만 성능 측면에서 니켈을 사용하는 리튬이온배터리 대비 한계가 존재한다는 점에서 장단점이 극명히 대비된다.
포스코케미칼 관계자는 “LFP는 에너지 밀도를 높여야 하는 과제가 있고, 리튬이온배터리는 값비싼 코발트 비중을 낮춰야한다”며 “전기차 배터리는 어느 한 타입(type)으로 통일되기보다 다양한 제품이 시장에서 혼용돼 사용될 것으로 보인다”고 말했다.
