안정성은 리튬인산철 배터리를 파우치형을 만들면 더 좋지
리튬이온 배터리는 크게 양극제 분리막 음극제 전해질 4가지로 구성됩니다.
그중 양극재의 성분에 따라 삼원계 혹은 리튬인산철로 구분하는데요. 배터리의 성능을 좌우하는 매우 한 요소입니다.
어떤 화학적 성분을 조합하는가에 따라 해당 배터리의 에너지 밀도를 좌우하기 때문입니다. 더욱이 배터리 원가를 좌우하는 요소이기에 더욱 중요할 수밖에 없는 것이죠.
요즘 같이 리튬이온 배터리의 화재사건으로 인한 리콜등으로 떠들썩한데 중국에서 만드는 리튬인산철 배터리는 화재가 안 난다고 해서 더욱 관심을 끌고 있는 것 같습니다.
그러나 사실만 놓고 보자면 리튬인산철 배터리 역시 화재위험성을 내포하고 있습니다.
근본적으로 리튬이온 배터리는 화재에 취약합니다만 그중에서도 3원계보다 상대적으로 안정적인 수준이라고 보는 것이 맞겠습니다.
삼원계 리튬이온에서 발생하는 열폭주현상 발생률이 상대적으로 낮은 배터리다 라고 이해하시면 될 것 같습니다.
리튬이온 배터리 구분
- NCO : 니켈 + 코발트 산화물
- NCM : 니켈 + 코발트 + 망간
- NCA : 니켈 + 코발트 + 알루미늄
- NCMA : 니켈 + 코발트 + 망간 + 알루미늄
- LFP : 리튬 + 인산+철
위 화학성분의 조합 중 니켈 코발트 망간을 사용하는 배터리를 삼원계 배터리라 하고 리튬 인산 철을 사용하면 LFP 배터리라고 합니다.
LFP 배터리는 주로 중국의 업체들이 생산을 하고 있습니다. 이유는 초기 전략적인 선택에 의한 것이었는데 한국이나 일본은 배터리의 에너지 밀도면에서 우수한 삼원계를 택한 반면에 중국은 비교적 경제적인 리튬인산철 배터리를 선택하게 된 것이지요.
대표적인 제조사
1) 삼원계 (NCM) : 삼성 SDI, LG엔솔, 파나소닉, BYD
2) LFP : CATL, 완샹(A123), S-Volt, 파라시스
최근 리튬이온의 화재 리콜뿐만 아니라 테슬라 모델 3에 사용되면서 새롭게 부각을 받게 되었습니다.
일단 테슬라의 선택을 받았다는데서 오는 로열티가 상당했기 때문인데요.
2020년 대비 리튬인산철 배터리 누적 판매량은 30.8 GWh로 전년 대비 49.2% 급증한 반면 3원계 배터리 판매량은 34.8 GWh로 전년 대비 34.4% 줄었다고 합니다.
그러면 왜 리튬인산철 배터리의 판매량이 높게 된 것일까요?
LFP 배터리의 장점은 명확합니다.
첫째 삼원계 배터리 대비 저렴합니다.
둘째 안정성이 상대적으로 우수합니다.
셋째 충전 속도가 빠릅니다
단점으로는 삼원계 배터리 대비 에너지 밀도가 낮아 주행거리가 짧고 철을 사용하여 상대적으로 무겁다는 데 있습니다. 삼원계 배터리의 밀도를 100%로 볼 때 60 ~80% 수준에 불과합니다.
중국의 CATL은 셀 투팩(Cell to Pack)이라는 기술을 통해서 기존의 리튬인산철 배터리의 단점을 보완한 것으로 유명합니다. 기존 셀(전지), 모듈, 배터리팩 등으로 구성된 단계에서 모듈을 없애거나 최소화해 셀에서 배터리팩으로 직행하는 새로운 패키징 기술을 적용한 것입니다.
그동안 중국에서 주력으로 생산되었던 리튬인산철 배터리에 대해서 국내의 LG에너지솔루션에서도 진지하게 검토하고 있는 것으로 알려졌습니다. 그동안 국내의 배터리 3사들은 3원계 배터리가 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 고수하고 있어 지만 화재라는 변수와 최대 고객사인 테슬라의 선택이 새로운 변화를 이끌어 낸 것으로 보입니다.
사실 테슬라와 같은 엔드유저의 입장에서 볼 때 프리미엄 배터리인가 저가 배터리인가는 중요한 문제가 아닙니다.
최종 제품의 단계에서 볼 때 가격경쟁력을 확보하면서 목표한 수준의 성능을 유지할 수 있다면 되는 것이지요.
성능면에서 월등히 좋다던가 또는 가격적인 메리트가 확실하다든가 하는 소구점이 무엇인가에 관한 문제인 것이지요.
최근 안정성 문제로 화제가 된 LG에너지솔루션에서는 파우치형 리튬인산철 배터리를 진행하는 것으로 알려져 있습니다. 안정성 면에서 개선이 될 지라고 기존에 가지고 있는 에너지 밀도의 향상이라는 과제를 어떻게 풀어갈지 궁금해집니다.
전기차에 있어서 안정성을 매우 중요한 요소입니다. 앞으로 전고체가 상용화되기 전까지 LFP 배터리가 주류가 될 것이 분명합니다. 확실한 우위의 솔루션이 나오지 않는다면 규모의 경제를 등에 없는 업체가 시장을 장악할 가능성이 매우 놓은 만큼 시장에서의 물량경쟁에서 밀리는 것은 매우 좋지 않습니다.
따라서 조금 시작인 늦었지만 파우치라는 플랫폼이 활용하여 기술적 우위를 점함으로써 물량과 안정성 두 마리 토끼를 모두 잡기를 바랍니다.
그동안에 혁신적인 횡보로 어려움을 극복하고 업계의 리더 자리에 올라선 만큼 분명 솔루션을 찾을 것이라 믿어 의심치 않습니다.
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