2차 전지 소재 No.1 양극재 비교 분석

2차 전지란 방전된 전지를 다시 충전해서 사용할 수 있는 전지를 말합니다. 이미 오래전 일본에서 기술을 개발해 상용화가 되었지만 한국이 그 기술을 진보시켰고, 다음 주자로 중국이 가격 경쟁으로 뛰어드는 형국입니다. 한중일 세 나라는 기업의 성격도 민족의 특성이 여실히 드러납니다. 연구는 일본, 응용은 한국, 물량은 중국 이렇게 보시면 되겠습니다.

 

그렇다면 현 시점에서 우선 첫번째로 2차 전지의 핵심 소재라고 할 수 있는 양극재의 개념과 다양한 종류에 대해서 정리해 보겠습니다.

 

양극재란 무엇인가

위의 사진처럼 양극재란 (+)극에 쓰이는 소재를 일컫습니다. 2차 전지는 재충전이 가능하다고 위에서 언급하였는데 충전이 될 때 양극재에 있는 리튬 이온이 분리막을 통과하여 음극재로 가서 쌓이게 됩니다. 반대로 방전, 즉 전지를 사용할 때는 음극재에 있던 리튬 이온이 다시 분리막을 통과하여 양극재로 가서 쌓이게 됩니다.

 

어떤 양극재를 사용하는지에 따라 그 성능과 수명, 가격 등이 달라집니다. 아래에서 표로 설명하겠습니다.

 

2차 전지 기술의 핵심 소재, 양극재 전쟁

양극재는 현재 배터리 전체에서 40% 이상의 가치를 지닌 소재입니다. 2차 전지가 100만원이라면 현재로선 양극재 가격만 40만원이라는 뜻입니다. 그래서 고부가가치를 지닌 양극재 개발에 전 세계가 혈안이 되어 있습니다. 이전 블로그 글에서 필자는 양극재의 핵심 소재인 리튬에 대해서 설명한 바가 있습니다.

 

아래 글을 참고 하시면 좋을 것 같습니다. 

 

2차 전지의 핵심 리튬, 그 발견과 핵심인 이유

 

그런데 양극재에는 리튬만 들어가는 것이 아닙니다. 리튬이 대표적인 소재이지만 워낙 희귀한 소재이다 보니 대체재로 사용하는 경우가 많습니다. 그 대표적인 소재가 바로 니켈입니다. 기업은 현재 안정적으로 개발이 되어진 리튬과 니켈을 주재료로 다른 원소와 합성하여 양극재를 개발하고 있습니다.

 

• 합성 소재표

	LFP (리튬 철 인)	NCM (니켈 코발트 망간)	NCA (니켈 코발트 알루미늄)	NCMA (니켈 코발트 망간 알루미늄)
에너지 밀도	하	상	상	상
출력	하	상	상	상
안정성	극상	상	하	상
가격	극하	상	상	상
수명	상	중	상	상
대표 회사	CATL(중국)	LG화학, 포스코케미칼, 에코프로비엠	파나소닉(일본), 에코프로비엠	엘앤에프, 포스코케미칼

 

세 원소를 기반으로 만들면 '삼원계', 네 원소를 기반으로 만들면 '사원계'라고 합니다. 특히 가격을 보면 코발트가 포함된 삼원계 양극재가 비싼데 그 이유는 코발트의 채굴량이 아주 적습니다. 주로 아프리카 콩고민주공화국에서 생산되는데 정세가 불안하여 공급이 불안한 이유도 가격이 높게 책정되는 이유입니다.

 

니켈이 들어간 합성소재는 원래 리튬이온배터리의 기본 형인 LCO(리튬 코발트 옥사이드)에 니켈의 비중을 높여 만든 것입니다. 이는 상기 기술한 바와 같이 코발트의 가격이 비싼 이유로 코발트의 비중을 줄여 개선된 타입이라고 보시면 됩니다.

 

NCA 같은 경우 알루미늄이 들어가는데 알루미늄의 폭발성이 큰 이유로 안정성이 제일 낮습니다. 그것을 보완하기 위해 사원계인 NCMA가 등장했습니다.

 

 

얽히고 설킨 양극재 시장

최근 전기차의 선두주자인 테슬라가 원가절감을 위해 효율이 떨어지더라도 LFP를 선택했다는 보도가 자주 나오고 있습니다. 테슬라는 미국 기업이지만 중국에서 생산하는 배터리를 탑재하겠다고 선언한 것입니다. 현재 미국은 중국과 관련된 배터리에 대해 보조금 미지급 등 초강수를 두며 경계하고 있습니다. 미국은 무역전쟁에서부터 중국이라면 무조건 척을 지고 있습니다.

 

하지만 미국의 기업은 미국 정부에 호락호락 굽히지 않습니다. 애플과 테슬라 등의 기업은 중국이라는 시장을 놓칠 수가 없기 때문입니다. 반면, 미국에서 생산되는데도 우리나라 현대의 전기차 차량에 대해서 보조금을 받지 못한다는 보도가 나왔습니다. 배터리에 사용되는 소재가 중국과 관련되어 있기 때문입니다. 이상한 상황입니다.

 

이렇듯 이미 배터리 시장은 그 개발이 얽히고 설켜 세계적으로 진행되고 있습니다. 자국 우선주의인 미국의 심정도 이해는 갑니다. 중국의 추격이 만만치 않고 미국을 넘볼 수 있는 유일한 나라이기 때문입니다.

 

하지만 기업의 이익과 연구를 위해 협업이라는 것이 엄연히 존재하는데 그것을 무시하고 미국과 친하지 않은 중국이라면 무조건 배척하라는 것은 모양새가 좋지 않습니다. 그 틈바구니에서 우리가 취해야 하는 이익이 무엇인지 고민하는 것도 기업의 숙명입니다.