K배터리 3사가 배터리 업계의 딜레마 해결에 팔을 걷고 나선다.

삼성SDI, LG에너지솔루션, SK이노베이션은 ‘배터리 콘퍼런스 2021’에 기조연설자로 참가해 각 3사에서 주력하는 차세대 배터리 기술에 대해 소개했다. 3사가 지적한 현 배터리 기술의 한계는 공통적이었으나, 접근 방식은 각 사마다 달랐다.

배터리 업계는 딜레마에 빠져 있다. 자율주행차에 탑재되는 배터리를 개발하기 위해서는 높은 성능, 빠른 충전속도, 저렴한 가격, 안정성, 네 가지 역량 모두 갖추고 있어야 한다. 하지만 이 네 가지를 모두 충족시키기 위해서는 기술 개발이 더욱 필요한 실정이다.

현재 사용되는 배터리 양전극에는 니켈, 코발트, 그리고 알루미늄 혹은 망간이 포함된다. 각 물질 함량에 따라 배터리 성능도 달라지기 때문에, 배터리 3사는 딜레마 극복 방안으로 양전극 조성비를 주목했다. 니켈이 많아지면 더 많은 에너지를 저장하고 사용할 수 있다. 하지만 안정성이 낮아지기 때문에 독단적으로 사용하기에는 어려움이 있다. 코발트를 첨가하면 배터리의 안정성이 높아지지만, 코발트 가격이 비싸기 때문에 가격 경쟁력을 갖추기 위한 대안이 필요하다.

3사가 인식한 문제점은 ‘딜레마 해결’로, 동일했다. 하지만 문제 접근 방식에는 업체별로 차이가 났다. 우선 삼성SDI는 외부에 다른 물질을 탑재해 니켈 함량을 높이는 ‘하이니켈(양전극 내 니켈의 비중이 높은 배터리)’ 배터리에 주목했다. 장혁 삼성SDI 부사장은 “망간을 양극재에 도핑하면 코발트 없이도 안정성을 구현할 수 있다”며 “이를 통해 니켈 94%의 ‘하이니켈’ 기술을 개발하고 있다”고 전했다. SDI는 지속해서 니켈의 비중을 높여 코발트가 탑재되지 않은 ‘코발트 프리’ 배터리를 개발하는 방향으로 나아갈 방침이다.

뒤이어 장혁 부사장은 “삼성SDI는 전고체전지(전자가 다니는 공간이 액체가 아닌 고체 상태인 배터리)도 만들고 있는데, 현재 산소나 황화물을 통한 새로운 소재 발굴과 양산·합성기술 개발에 주력하고 있다”고 전했다.

LG에너지솔루션은 전극 내 물질 조성에 주목했다. 김제영 LG에너지솔루션 상무에 따르면, 기존에는 NCA(니켈·코발트·알루미늄)이나 NCM(니켈·코발트·망간)이 주로 사용되곤 했다. NCA는 안정성이 좋으며, NCM은 용량이 높고 수명이 길다는 장점을 가지고 있다. LG에너지솔루션은 NCA와 NCM의 장점을 모두 취하기 위해 두 종류를 합친 NCMA 배터리를 개발했다.

김제영 상무에 따르면, NCMA는 니켈을 대량 포함하고 있으면서 값비싼 코발트 비중은 줄이고, 대신 알루미늄을 첨가해 안정성을 높인 것이다. 기존처럼 3개의 물질로 구성된 구조를 벗어나 총 4개의 물질로 구성해 성능, 안정성, 가격 경쟁력도 갖출 수 있었다. NCMA 배터리는 올해 하반기부터 생산되며, 3세대 차세대 전기차에 적용된다. 이후 생산 비중도 점차 늘어날 전망이다.

SK이노베이션은 ‘안전성’을 최우선으로 삼고 있다. 이존하 SK이노베이션 센터장은 “니켈 함량을 늘리는 연구와 함께, SK이노베이션은 각 셀(대형 배터리를 구성하는 소형 배터리 단위)에 고내열 성능을 가지는 수계 양면 코팅 분리막을 적용했다”며 “이를 통해 셀 하나에서 화재가 발생해도 번지지 않아 전체적인 안전성을 구현할 수 있었다”고 설명했다.

이 센터장에 따르면, SK이노베이션은 2억7000만개의 제품을 출하했는데, 그 중 화재 이슈가 있었던 적은 단 한 번도 없었다. 이존하 센터장은 “열을 차단하기 위해 여러 물질을 추가로 투입했음에도 불구하고, 타사에 비해 성능이 낮지 않았다”며 “이는 SK이노베이션의 온전한 장점이 될 것”이라고 말했다.

한편, 현재 배터리 시장 1위를 달리고 있는 기업은 중국 CATL이다. 배터리 시장 전문가에 따르면, K배터리 3사가 중국 배터리 시장과의 경쟁에서 우위를 점하기 위해서는 R&D 역량에 투자해 기술력을 확보해야 한다. 중국 배터리 기업이 가성비를 강점으로 내세웠다면, 국내 배터리 기업은 기술력을 내세워 프리미엄 시장을 공략해야 한다는 것이 해당 전문가의 설명이다.

글. 바이라인네트워크
<배유미 기자>youme@byline.network


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