전혜인 기자 기자 2017.09.05 15:16:19
[프라임경제] 전기차 시대가 본격적으로 확산되며 배터리업계도 기술 발전과 설비 증설에 열을 올리고 있다.
리튬이온 배터리는 △양극재 △음극재 △분리막 △전해질로 구성되는데 이 중 양극재가 약 36% 가량으로 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 업체마다 다양한 소재의 양극재를 사용하고 있어 이차전지 기술 분야에 있어 가장 치열한 전쟁터이기도 하다.
우리나라 기업들은 대부분 NCM(니켈·코발트·망간) 양극재를 사용한다. 파나소닉과 테슬라는 NCA(니켈·코발트·알루미늄)을, 중국 전기차 업체들은 아직 LFP(리튬·인산·철) 양극재를 사용하는 것으로 알려졌다. NCM은 성능이 좋고 가볍지만 다소 불안정하며, LFP는 용량이 작고 무거운 단점이 있다.
처음 개발할 때에는 NCM 각 요소의 비중이 1:1:1로 혼합된 'NCM111' 배터리에서 시작해 밀도를 높이기 위해 점차 니켈의 비중을 늘려왔다. 특히 최근 전 세계적으로 코발트 비중이 급등하며 상대적으로 저렴한 니켈 양을 더욱 줄이는 연구가 한창인 상황이다.
◆'후발주자' SK이노, 신기술 배터리 양산 체계 구축
이런 가운데 국내 배터리 3사 △LG화학(051910) △삼성SDI(006400) △SK이노베이션(096770) 중 가장 후발주자인 SK이노베이션이 최근 전 세계 배터리 업계 최초로 니켈·코발트·망간(NCM)이 8:1:1로 배합된 양극재를 사용한 배터리 'NCM811' 개발에 성공했으며 양산에 들어간다고 밝혔다.
SK이노베이션에 따르면 새로 개발된 NCM811 배터리는 현재 서산에 증설 중인 배터리 제2공장 신규 생산라인에서 본격적으로 양산되며, 오는 12월부터 에너지저장장치(ESS)에 탑재되고 다음해 3분기부터는 전기차 완성차에도 공급될 예정이다.
이 배터리를 사용하면 기존 제품보다 주행거리를 1회 충전당 100㎞가량 더 늘릴 수 있다는 것이 SK이노베이션 측 설명이다.
그러나 일각에서는 배터리 내 밀도를 끌어올린 만큼 안정성이 떨어져 폭발 위험이 오히려 올라갈 수 있다는 우려도 제기된다. 특히 SK이노베이션이 이번에 양산한다고 밝힌 전기차용 중대형전지의 경우 팩 형태가 파우치형으로 원통형이나 캔형에 비해 안정성이 가장 떨어지는 형태이기 때문이다.
한 업계 관계자는 "LG화학이나 삼성SDI도 NCM811 배터리에 대한 기술력은 가졌으나 안정성을 고려해 소형 원통형으로만 생산하고 있다"며 "이번 양산은 SK이노베이션이 업계에서 후발주자인 만큼 신제품 분야에서 우위를 점하기 위한 시도로 보인다"고 말했다.
이에 대해 SK이노베이션은 양극재와 음극재를 분리해 폭발을 방지하는 분리막 양면에 세라믹 코팅을 하는 등 자사만의 분리막 기술을 이용해 해당 문제를 해결했다는 응대를 했다. SK이노베이션은 분리막 분야에서 일본 아사히카세이에 이어 세계 2위의 점유율을 기록하고 있다.
SK이노베이션 관계자는 "회사의 분리막 기술은 세계 최고 수준이라는 자신감이 있다"며 "앞으로도 니켈 비중을 더욱 높이는 신기술 개발을 통해 오는 2020년까지 주행거리 700㎞ 이상의 배터리를 개발할 계획"이라고 부연했다.
◆LG화학·삼성SDI, 기존 주력상품 판매 강화
한편, LG화학과 삼성SDI가 개발하고 있는 CNT(탄소나노튜브)를 활용해 배터리 밀도를 높이는 기술은 상용화에 시간이 걸릴 것으로 관측된다.
전도성이 높은 CNT를 양극재의 도전재로 사용하면 기존 도전재인 카본블랙보다 적은 양을 사용할 수 있어 충방전 수명이 늘어난다.
LG화학과 삼성SDI는 이미 노트북 배터리 등 소형전지 부문에서 CNT를 활용 중이며, 앞으로 전기차용 배터리에도 확대 적용하겠다고 설명한 바 있다. 그러나 업계에서는 CNT와 기존 재료인 카본블랙의 가격 차이에 비해 성능 차이가 그리 높지 않다는 우려가 있었다.
이와 관련, LG화학과 삼성SDI 측은 기술 개발도 유지하나 현재 안정적인 공급처를 확보한 주력 제품들에 더욱 집중하려는 노력을 지속한다는 방침이다.
실제로 SNE리서치가 5일 발표한 전 세계 전기차용 배터리 출하량에 따르면 LG화학은 올해 들어 7월까지 2.3GWh의 배터리를 출하하며 일본 파나소닉에 이어 2위를 수성했다. 전년 동기 대비 160% 늘어난 수치로, 전 세계 점유율이 11.7%에 달한다. 삼성SDI 역시 1.2GWh를 출하하며 올해 누적 5위에 자리했다.
LG화학 관계자는 "NCM811 배터리와 CNT 기술 양쪽 다 기술적인 측면은 국내 업체들이 비슷할 것으로 보고 있다"며 "중요한 것은 어느 쪽에 더 집중하고 주력할 것인지에 대한 전략"이라고 제언했다.
이어 "현재 전기차 시장에서 가장 보편적이고 안정적으로 인정받고 있는 제품이 NCM622(니켈·코발트·망간이 각각 6:2:2로 배합된 양극재를 사용한 배터리)인 만큼 해당 제품을 주력으로 생산하고 있으며, 이 제품이 가장 가격경쟁력이 있는 것으로 파악하고 있다"고 덧붙였다.