[상식한입+] 중국과 한국의 배터리 경쟁, 그 중심의 배터리 소재

[상식한입+] 중국과 한국의 배터리 경쟁, 그 중심의 배터리 소재

최근 삼원계 배터리를 주력으로 하던 국내 배터리 업체들이 속속 중국이 주도하던 LFP 배터리에 진출했습니다. 두 배터리의 차이점, "배터리 소재"에 답이 있습니다.

🦊 TEO
🦊 TEO

전기차 열풍이 식을 줄 모르는 요즘, 전기차의 심장으로 불리는 "배터리"에 대한 관심도 뜨겁습니다. 배터리 업체부터 완성차 업체들도 너나 할 것 없이 전기차 배터리에 많은 투자를 이어가고 있는데요. 트렌디한 BYTEE라면 전기차 배터리에 대한 기본은 잘 알고 있어야겠죠?

BYTE+ <상식한입+>에서는 총 3부에 걸쳐 전기차 배터리의 기본 개념을 소개할 예정입니다. 전기차 배터리 기본 개념을 잘 배워가셨으면 좋겠습니다!

전기차 배터리 구조 완전정복

② 전기차 배터리 3형제 : 원통, 각형, 파우치형

③ 소재에 따라 다른 전기차 배터리


최근 우리나라와 중국의 배터리 업계는 서로가 서로의 강점을 흡수하며 치열하게 경쟁하고 있습니다. 경쟁의 중심에는 "배터리 소재"가 자리 잡고 있는데요.

전기차 배터리는 양극재를 구성하는 금속에 따라 크게 "삼원계 배터리""LFP 배터리"로 나눌 수 있습니다. 우리나라와 중국은 각 배터리에서 우위를 점하고 있는데, 최근 서로의 영역으로 확장을 꾀하고 있죠. 오늘은 배터리 경쟁의 중심, "배터리 소재"에 대해 알아보겠습니다.

(들어가기 전에, 양극재에 대해 궁금하시다면 아래 글을 먼저 읽고 와주세요!)

[상식한입+] 전기차 배터리 구조 완전정복
전기차 배터리를 완벽 해부하는 1차시는 ”전기차 배터리 구조”입니다. 전기차 배터리의 내부부터, 배터리가 어떻게 전기차에 탑재되는지 설명했습니다.
양극재에 대한 설명은 여기!

국내 업체가 주도하는 삼원계 배터리

우리나라 배터리 3사

삼원계 배터리는 리튬을 기반으로 3~4개의 금속을 첨가해 양극재를 구성한 배터리입니다. 삼원계 배터리에는 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄과 같은 금속이 사용됩니다. 삼원계 배터리는 높은 에너지 밀도를 강점으로 고급 전기차 라인에 중점적으로 탑재되고 있는 추세입니다.

  • 니켈(N) : 니켈은 배터리의 에너지밀도와 연관이 있습니다. 함량이 높을수록 배터리 용량과 출력이 좋아지지만, 그만큼 안전성이 떨어진다는 단점이 있습니다.
  • 코발트(C) : 배터리의 안전성을 책임지는 금속입니다. 다만 가격이 비쌉니다.
  • 망간(M) : 망간은 열에 안전하며 가격이 저렴한 금속입니다.
  • 알루미늄(A) : 삼원계 배터리에는 NCM이 기본이지만, 최근 알루미늄을 첨가한 사원계 배터리도 많은 주목을 받고 있습니다.

NCM 배터리, NCA 배터리 등 위 4가지 원소 중 3~4개를 조합하면 삼원계 배터리가 만들어집니다.

삼원계 배터리의 장점

삼원계 배터리의 가장 큰 장점은 에너지 밀도가 높다는 것입니다. 에너지 밀도가 높기 때문에 작은 부피로도 더 긴 주행거리를 가질 수 있죠. 그래서 삼원계 배터리는 리튬이온배터리의 미래로 불리고 있습니다. 지금도 고급 전기차에 탑재되고 있는 삼원계 배터리이지만, 전기차의 주행거리가 더욱 길어질 미래에는 삼원계 배터리는 더욱 더 많이 사용될 전망입니다.

삼원계 배터리의 단점

삼원계 배터리의 낮은 안전성은 단점으로 꼽힙니다. 에너지 밀도를 담당하는 니켈이 굉장히 불안정하기 때문인데요. 지금까지 화재가 났던 전기차는 대부분 삼원계 배터리를 탑재한 차량이었습니다. 그래서 삼원계 배터리에서는 니켈의 불안정성을 보완해주는 코발트가 굉장히 중요한 소재입니다.

그러나 코발트는 가격이 굉장히 비싼 금속입니다. 코발트는 전 세계 매장량의 2/3가 콩고에 매장되어 있습니다. 그런데 최근 콩고에서 코발트 채굴 과정에서 아동 착취가 자행되고 있다는 지적이 제기되고, 미국과 중국이 콩고에서의 코발트 채굴을 두고 경쟁하며 채굴량이 점점 적어지고 있는 실정입니다. 점점 더 비싸지는 코발트 가격은 삼원계 배터리를 만드는 회사들에게 큰 부담이 되고 있습니다.

삼원계 배터리, 관건은 원가 절감

최근 많은 전기차 업체들이 생산 원가 절감을 외치면서 삼원계 배터리의 원가를 줄이는 것은 필수 과제가 되었습니다. 그래서 많은 배터리 회사들이 비싼 코발트 함량을 줄이고, 저렴한 니켈의 함량을 늘린 배터리 개발에 나섰는데요.

가장 대표적인 사례가 SK온의 "구반반" 배터리입니다. 구반반 배터리는 니켈(N):코발트(C):망간(M) 비율을 9 : 0.5 : 0.5로 맞춘 배터리입니다. 이외에도 니켈의 함량이 높아져도 배터리의 안전성을 높이기 위한 기술을 위해 많은 배터리 회사가 연구개발을 진행 중입니다.

중국이 꽉 잡고 있는 LFP 배터리

중국 CATL

LFP 배터리는 리튬, 인산, 철(LiFePO4)을 양극재로 활용하는 배터리입니다. LFP 배터리는 주로 중국 업체들이 생산하고 있는데요. 배터리에 들어가는 3개의 금속 모두 중국에서 생산이 많이 되기도 하고, 저렴한 금속들이라 가성비를 중요시하는 중국에게 잘 맞기 때문입니다. 현재 LFP 배터리는 CATL, BYD 같은 중국 배터리 업체들이 주력으로 생산하고 있습니다.

LFP 배터리의 장점

LFP 배터리의 가장 큰 장점은 가격이 저렴하다는 것입니다. 2021년 광물 원자재 가격이 크게 올랐음에도 LFP 배터리는 삼원계 배터리에 비해 원가가 상당히 저렴합니다. 그리고 LFP 배터리는 분자구조가 안정적이라 삼원계 배터리보다 안전하다는 것도 장점이죠. 마지막으로 LFP 배터리는 수명도 비교적 긴 편입니다.

LFP 배터리의 단점

LFP 배터리는 에너지 밀도가 낮다는 점이 가장 큰 단점입니다. 에너지 밀도가 낮으면 배터리가 무겁고, 주행거리가 짧아집니다. LFP 배터리는 지금이 기술적으로 가장 에너지 밀도가 높다는 것이 업계의 중론입니다. LFP 배터리 자체를 더 발전시킬 여지가 거의 없다는 뜻이죠. 또한 LFP 배터리는 삼원계 배터리에 비해 배터리 재사용&재활용이 어렵다는 것도 단점입니다.

LFP 배터리, 관건은 효율적인 에너지 소비

더 이상 에너지 밀도를 높이기 힘든 LFP 배터리는, 이제 정해진 에너지를 어떻게 효율적으로 사용하는가에 따라 성능이 좌우됩니다. LFP 배터리의 채택 비중을 늘리겠다고 선언한 테슬라는 소프트웨어를 혁신해 전력 소비를 줄여, LFP 배터리의 낮은 에너지 밀도를 보완하겠다는 전략입니다. 또한 CATL 같은 배터리 회사들은 셀투팩 같은 배터리 외적인 기술로 에너지 밀도를 보완하고 있습니다.

[상식한입+] 전기차 배터리 구조 완전정복
전기차 배터리를 완벽 해부하는 1차시는 ”전기차 배터리 구조”입니다. 전기차 배터리의 내부부터, 배터리가 어떻게 전기차에 탑재되는지 설명했습니다.
CATL의 셀투팩에 대한 내용은 여기에서!

최신 이슈 : 서로의 영역을 넘보는 중국과 한국

ⓒ 게티이미지뱅크

한국은 "삼원계 배터리"에, 중국은 "LFP 배터리"에 각각 강점을 갖고 있습니다. 예전까지만 해도 기술력이 있던 한국은 에너지 밀도가 높아 차세대 배터리로 주목받는 삼원계 배터리에 주력했으며, 중국은 쉽게 원자재를 구할 수 있고 가성비가 좋은 LFP 배터리를 주력으로 삼았죠. 전기차 업체들은 저가 모델에만 에너지 밀도가 낮지만 가성비가 좋은 LFP 배터리를 사용했었습니다.

그런데 가성비와 원가 절감이라는 목표를 위해 최근 많은 전기차 업체들이 LFP 배터리에 관심을 갖고 있는데요. 테슬라와 폭스바겐 등 주요 전기차 업체가 LFP 배터리 비중을 확대하겠다고 밝히면서, 국내 배터리 업체들이 LFP 배터리 개발에 나설 전망입니다. LG에너지솔루션은 이미 LFP 배터리 개발을 시작했으며, SK온 역시 LFP 배터리 개발을 검토 중에 있다고 밝혔습니다.

반대로 중국 업체는 삼원계 배터리 개발에 속도를 내고 있습니다. LFP 배터리의 성능은 한계가 이미 보이고 있기 때문에, 미래를 보고 삼원계 배터리 기술을 개발하고 있는 것이죠. 결국 미래에는 더 좋은 성능의 배터리가 시장을 주도할 것이 확실하니 말입니다. 그러나 지금 당장은, 저가 전기차에는 LFP 배터리가, 고가 전기차에는 삼원계 배터리가 탑재되는 시장 양분화가 이어질 전망입니다.

배터리 소재, 핵심만 콕콕

  • 리튬이온배터리는 양극재를 구성하는 소재에 따라 "삼원계 배터리"와 "LFP 배터리"로 나뉩니다.
  • 삼원계 배터리는 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄 등으로 구성되며 에너지 밀도가 높다는 것이 특징입니다.
  • LFP 배터리는 리튬, 인산, 철로 양극재가 구성되며 안전성과 저렴한 가격이 장점입니다.
  • 삼원계 배터리는 한국, LFP 배터리는 중국이 주도하고 있으나 많은 배터리 업체가 두 배터리를 모두 생산하는 투트랙 전략을 구사하고자 합니다.

오늘의 <상식 한 입+>는 어떠셨나요?
좋았던 점, 부족했던 점, 개선되었으면 하는 점 등을 자유롭게 말씀해주세요!


대화에 참여하세요
1 이달에 읽은
무료 콘텐츠의 수

BYTE의 프리미엄 콘텐츠 구독 서비스, BYTE+⭐️

월 9,900원으로 BYTE의 모든 콘텐츠를 자유롭게 이용하세요!

Powered by Bluedot, Partner of Mediasphere
닫기