전쟁이 끝나도 니켈공급 정상화는 어려울 듯

서유럽 우크라이나 사태로 세계 니켈 시장이 들썩이면서 니켈 부족 현상이 전쟁 이후에도 계속될 것이라는 우려가 커지고 있습니다. 특히 전기차 시장은 안정적인 니켈 공급원을 찾지 못하면 배터리 문제로 인해 생산에 차질이 불가피한 상황입니다.

미국의 경제매체 CNBC는 19일 보도에서 세계적으로 신규 니켈 채굴사업의 씨가 말랐다며 러시아 문제를 넘어 만성적인 니켈 부족 현상을 초래 할 것이라고 분석했습니다. 

런던 금속 거래소 LME 니켈 가격은 올해 초 톤당 20,881달러에서 러시아의 우크라이나 침공을 계기로 급증했고 지난 4일에서 7일 사이 63% 증가하였습니다. LME는  8 일 니켈가격이 장중 10만 달러를 남자 16일까지 거래를 중단 시켰고 이후 거래 폭 제한을 두고 장을 다시 열었습니다. 니켈 가격은 18일 전거래일대비 12% 떨어진 톤당 37,115 달러에 거래되었습니다. 

갑작스런 니켈 파동은 중국기업들의 선물거래 영향이 있었지만 러시아의 니켈 수출이 어려워진다는 공포가 가장 큰 원인으로 작용하고 있습니다 2021년 기준 러시아의 니켈 생산 비중은 전 세계 대비 약 90%로 세계 3위의 위치에 있습니다. 그러나 러시아의 방산업체인 노릴스크 니켈은 지난해 전기차 배터리에 쓰이는 1등급 (순도 99.8%)의 니켈 시장에서 시장점유율이 22%를 기록해 세계 1위를 차지하였습니다. 그만큼 전기차 시장에서 러시아의 지위는 절대적인 부분 이었으나 이번 전쟁과 국제 사회의 체제로 인해 한동안 전기차용 고순도 니켈 공급은 어려울 것으로 전망되고 있습니다.

삼성 SDI 전고체배터리 시험라인 착공

리튬이온 배터리를 넘어서 '꿈에 배터리'로 평가받고 있는 전고체 배터리 연구가 학계와 배터리 전문 업체들 및 스타트업 등 다양한 부분의 투자와 연구를 통해 괄목한 성과를 이루어 내고 있습니다. 국내에서 전고체배터리 연구의 가장 선두주자로 평가되고 있는 삼성 SDI가 전고체 배터리 연구 및 생산을 위한 시험라인을 구축한다는 소식입니다. 안정성과 성능측면에서 미래 전기차 핵심기술로 꼽히는 전고체 배터리 기술 상용화를 위해 K-배터리 3사의 기술개발 및 투자 확대가 본격화되고 있다라는 평가입니다.

삼성 SDI는 최근 경기도 수원시 영통구 SDI 연구소 내에 6500 제곱미터 규모의 전고체 배터리 파일럿 라인을 착공한 것으로 밝혀졌습니다. 전고체배터리는 리튬이온배터리의 핵심소재 중 하나인 전해질을 고체화 한 배터리로 화재 안정성이 우수하고 음극으로 리튬금속 전극을 이용할 수 있어 에너지 밀도가 매우 높은 '꿈의 배터리'로 평가 받고 있습니다.

삼성 SDI는 파일럿 라인을 통해 기존의 전고체배터리 연구성과와 더불어 생산기술까지도 확보해 나갈 계획입니다. 이를 위해서 전고체배터리 전용 극판 및 전용 고체전해질 공정설비, 배터리 내부 이온전달이 원할하게 이루어지도록 해주는 셀 조립설비를 비롯한 신규 공법과 인프라를 도입할 예정이라고 합니다. 또한 독자 개발한 리튬금속 무음극 구조를 통해 업계 최고수준의 에너지 밀도와 높은 안정성을 확보했다라는 것이 업계의 평입니다.

업계에서는 리튬이온배터리의 단점으로 지적되고 있는 열적 안정성과 에너지 효율, 두 가지 특성 모두 해결할 수 있다는 점에서 전고체 배터리는 가장 유력한 차세대 배터리로 꼽히고 있습니다. 이번 파일럿 라인을 통해 삼성 SDI가 전고체 배터리 개발 분야에 한 발짝 더 앞서 나갈 것으로 예상되고 있습니다.

SK 온 삼자합작으로 터키에 배터리라인 투자

배터리 업체는 미국 완성차업체와의 공조를 통해 다각적인 투자를 이어가고 있습니다. GM과 LG 에너지 솔루션이 한 축이라면, 포드와 협력하고 있는 SK 온 역시 같은 전략을 추구하고 있습니다. 

SK 온은 미국 투자뿐만 아니라 유럽 시장을 위한 거점 투자에도 열을 올리고 있는 상황입니다. SK 온은 미국 자동차 기업인 포드와 터키 최대 그룹인 코치와 손을 잡고 터키의 배터리 생산을 위한 합작법인을 설립할 예정이라고 합니다. 이미 폴란드와 헝가리의 배터리 생산 라인을 구축하고 있지만 완성차업체와 합작을 통한 배터리 생산 공장을 짓는 것은 이번이 첫 번째 사례입니다. 3사의 배터리 합작공장은 터키 앙카라 인근 바슈켄트 산업특구 지역에 세워질 전망입니다. 이르면 2025년부터 상용차 용으로 사용될 고출력 하이니켈 삼원계 배터리를 생산하게 될 예정입니다.

생산 규모는 연간 30~45GWh 수준으로 투자금액은 총 3 ~ 4조원대로 추산되고 있습니다. SK 온은 충남 서산시와 미국 조지아주, 중국 창저우, 옌청 후이저우, 헝가리 코마롬에서 독립 공장을 가동하고 있습니다. 오는 2025년까지 중국의 옌청 2공장과 헝가리 이반차공장 등도 가동을 시작한다는 목표를 가지고 있으며 포드와의 미국,터키 합작 공장이 완공되면 총 생산능력은 2025년 220 GWh, 2030년에는 500 GWh까지 늘어날 것으로 보입니다.

이번 유럽 공동체 진출로  SK 온과 포드전기차 파트너십은 더욱 강화될 것으로 예상됩니다. 전기차 전환에 박차를 가하고 있는 포드는 2030년까지 배터리 용량 총 240 GWh 확보를 목표로 하고 있습니다. 이중 북미에서 필요한 140 GWh 물량을 SK온을 통해 확보한 상태입니다. 유럽과 중국 등에도 조달할 나머지 100 GWh도 터키 합작공장을 통해 일부를 조달할 것으로 전망되고 있습니다.

니켈가격 상승으로 다시 주목받은 LFP 배터리

 전기차 배터리 핵심 원재료인 니켈가격이 폭등하면서 국내 배터리 업체들이 니켈이 빠진 리튬인산철(LFP) 배터리의 도입을 늘리 전망입니다. 그간 국내의 업체들은 NCM, NCA 등의 삼원계 배터리에 주력했지만 최근 테슬라가 니켈이 들어간 배터리를 장착한 전기차의 가격을 인상하고 다른 완성차 업체들도 LFP 배터리 채용을 확대하려는 움직임을 보이고 있습니다. 

업계에 따르면 테슬라는 모델 Y 롱레인지, 퍼포먼스 버전과 모델 3 롱레인지 버전의 가격을 각각 1000달러(123만원) 씩 인상했습니다. 또 기가상하이에서 생산한 동일 차종의 가격 또한 1만위안(194만원)씩 올렸습니다. 테슬라에서는 가격인상에 대한 구체적인 이유를 밝히지 않았지만 최근 진행된 니켈 가격의 인상이 주요 원인으로 지적되고 있습니다. 실제로 LFP 배터리를 장착한 모델3는 가격인상에서 제외한 것으로 나타났습니다. 앞서 모건스탠리는 니켈 가격의 상승으로 인핸 테슬라를 포함 전기차들의 가격이 약 1000달러 가량 인상될 것으로 예측한 바 있습니다. 

배터리 원재료 상승이 배터리 팩 및 전기차 가격 인상으로까지 이어지면서 결국 전기차의 소비 둔화로 이어지는 것이 아닌가 하는 우려의 목소리가 높습니다. 따라서 제조원가 확보를 위해 상대적으로 저렴한 LFP 배터리가 대안으로 주목받고 있습니다. 글로벌 LFP 배터리 시장은 중국의 CATL이 주도하고 있는 가운데 국내  배터리 업체들은 삼원계 NCM, NCA 배터리에 주력하고 있습니다. 이번 니켈 가격 폭등으로 인해 국내 배터리 업체들의 LFP 배터리 도입 속도가 더욱 빨라질 것이라는 것이 업계의 예상입니다.  

지난해 테슬라가 모델3에 LFP를 채용하면서 불어닥친 LFP 배터리 인기가 고효율 전기차의 개발로 인해 한층 꺽어지는 듯 보였으나 다시 불어닥친 니켈 가격 인상으로 말미암아 다시금 원상복귀되는 분위기입니다. 다양한 케미스트리 대안을 확보 어려운 위기를 헤쳐나가는 탈출구가 필요한 시기입니다.  

니켈값 하루만에 66%폭등, 비트코인인가?

우크라이나-러시아 전쟁이슈로 글로벌 SCM망 붕괴 직전

우크라이나 사태로 말미암아 전세계 SCM 상황이 엉망이 되어 가고 있습니다. 덕분에 곡물과 원재료의 가격은 천정부지로 올라가고 있는 상황입니다. 원유와 천연가스에 이어 산업재 생산에 필수 원자재인 비철금속 가격도 급등하고 있습니다. 전기자동차용 배터리의 주요 원료인 니켈 가격은 단 하루만에 66%가 폭등 하기도 했는데요. 수급 불안에 가수요까지 몰리면서 시장 심리가 무너지고 있다는 의견입니다.

런던 금속 거래소(LME)에서 거래되는 니켈 선물 3개월분 가격은 톤당 4만 8078 달러에 마감해 15년 만에 최고치를 기록했습니다. 전 거래일 가격인 톤당 2만8919달러 보다 66.3%가 뛴 상황입니다. 역사상 가장 상승폭으로 이에 대한 원인으로 지목되고 있는 것은 전세계 니켈 공급량의 10%를 차지하는 3위 생산국인 러시아의 전쟁 때문인 것으로 나타났습니다.

니켈 가격인상은 곧 배터리 가격 인상으로 연결되어 최종 전기차 업체에까지 원가부담을 가중시킬 예정입니다. LG에너지 솔루션과 삼성 SDI, SK On 등은 러시아로부터 니켈을 수입하고 있지는 않지만 상황을 예의주시하고 있습니다. 지금 당장은 안전재고덕에 큰 영향은 없을 것으로 예상되지만 니켈 값이 장기간 상승된 채로 유지가 된다면 어쩔 수 없는 배터리가격 인상 압박을 피할 수는 없을 것으로 보입니다. 더군다나 최근의 배터리 트렌드는 효율을 향상시키기 위한 '하이니켈 배터리'를 주력으로 진행하고 있기 때문에 그 의존도는 더욱 클 수밖에 없습니다.

배터리 업계와 완성차 기업 등은 납품계약을 맺을때 원자재가격 변동에 따른 불확실성을 최소화하기 위해 금속가격 변화를 배터리 납품가에 연동하는 조항을 넣고 있습니다. 따라서 원자재 가격 등락이 전기차 원가의 반영 될 예정으로 이는 곧 소비자의 부담으로 작용한다는 의미입니다.

따라서 기존 내연기관 차량 가격보다 전기차의 가격이 낮아지는 교차 시점도 연기될 것으로 전망됩니다. 22년 1월 미국에서 팔린 전기차의 평균 판매가격은 63,000 달러로 전체 일반차량 평균가격 46,000달러 보다 35% 가량 비싼 수준으로 나타났습니다.

우크라이나와 러시아 전쟁으로 인한 공급망 와해와 원재료의 수급 불안정으로 전 세계 경제의 역신장은 피할 수 없는 상황으로 치닫고 있습니다.

LG 엔솔 테슬라 '기가베를린'으로 배터리 공급

LG 에너지솔루션이 테슬라 '기가 베를린 팩토리'에 SUV '모델Y'를 위한 배터리를 공급할 예정이라고 합니다.

최근 이슈 되었던 테슬라의 4680 배터리는 아니고 당분간은 2170 배터리를 공급할 예정입니다. 테슬라 4680 배터리는 3~ 4분기부터 탑재가 될 예정으로 LG 엔솔에서 이 부분까지 협력을 이어 갈지는 지켜봐야 할 것 같습니다.

업계에 따르면 LG 에너지 솔루션은 베를린 기가 팩토리에서 양산한 SUV 모델 Y용 2170 배터리를 납품할 예정입니다. 2170 배터리는 지름이 21mm 높이가 70mm인 원통형 제품으로 아직까지는 테슬라의 주력 배터리 모델이라고 하겠습니다. LG 에너지 솔루션은 중국 상하이 공장에서 생산하는 모델 3 EV에도 해당 배터리를 공급해 왔으며 2020년 말에는 상하이 공장에서 만드는 모델 Y에 들어가는 배터리 전량을 LG 엔솔에서 공급하며 테슬라의 주력 파트너사로 자리매김했습니다.

테슬라는 중국에 이어 독일의 LG 에너지 솔루션과의 협력을 강화하고 있습니다. 그 첫 번째 대상은 베를린 기가팩토리에서 생산되는 모델 Y가 될 예정이며 테슬라의 양산속도가 주당 500대를 넘어서고 있으며 4월 말까지 1000대/주수준으로 늘어날 것으로 예상되어 모델 Y로 공급되는 LG 엔솔의 배터리 물량도 지속적으로 늘어날 것으로 보입니다.

리튬이온 배터리 시장이 레드오션이라는 사람에게

 한 사이트의 고민창에 리튬이온 배터리 시장이 이미 레드오션이냐는 질문이 올라왔습니다. 아마도 이분야에서 연구를 하는 석사생이나 박사생으로 추정됩니다. 자신을 연료전지와 리튬이온전지를 연구하는 랩실에 있는데 주위에서 리튬이온배터리는 이이 레드오션이라 말을 한다더군요. 그래서 전고체난 메탈-공기, 황 등의 배터리를 고민하고 있으며 향후 박사 후 대기업에 취업을 목표로 한다고 소신을 밝혔습니다. 

                                  (이런날이 올지 아무도 몰랐었지 그때는)

개인적인 의견으로는 사실 리튬이온시장에 대해서 많이 진행된 것은 맞는 것 같습니다. 정말 무서울 정도로 많은 인력과 자금이 투입되었고 실상 뛰어난 결과가 쏟아져 나왔습니다. 저는 리튬이온배터리 업계에 있으면서 종종 과거 2000년 중반 'LED' 시장을 연상하게 됩니다. 당시에도 'Eco friendly' 를 내세우며 태양광과 더불어 LED산업에 대한 장미빛을 터트리던 시기였습니다. 내노라하는 업체들과 중견기업들까지 앞다투어 LED 수직계열화를 위해 경쟁적으로 MOCVD 장비를 투자하고 수억개의 Capa를 확보해지만 결과는 중국의 개입과 동시에 치킨게임 되었고 결국 몇 안되는 대기업과 비교적 일찍 진입했던 회사들만이 살아 남았습니다. 그렇지만 살아남았다고 해서 그 결과가 딱히 좋았다고 말하기 힘든 부분입니다. (삼성LED를 보자면)

리튬이온배터리 시장도 마찬가지 길을 걸어가는 것이 아닌가 하는 우려도 있습니다. 가장 큰 문제로는 이미 중국에서 숟가락을 얻졌다는 점입니다. 중국에서 손 대면 좋게 말해 빠른 양산화와 가격 인하가 이루어 지지만 다르게 말해서 시장교란으로 성숙되기도 전에 파탄나는것이 일반적인 귀결점입니다. 

그러나 리튬이온배터리가 과거 LED 사례와 다른점은 국내 기업들이 이부분에 상당히 기술적이 장벽을 가지고 있고, 또한 리딩하고 있다는 점입니다. 누구나 투자해서 라인만 깔면 들어오는 그런분야는 아니라는 점입니다. 이미 노스볼트 사례에서 보듯이 인력과 자금만 확보했다고 그동안의 시간을 순식간에 따라잡는 것은 불가는 하다는 점입니다.

게다가 국내 K-배터리업체들의 차세대 전지에 대한 연구역시 경쟁력이 있다는 점에서 앞으로 배터리의 케미스트리와 방식의 변화가 단계별 진화될 예정이고 정작 당사자가 연구분야가 아닌 대기업을 선호하고 있는만큼 그 분야에서 충분히 결과를 낼 수 있는 여지가 많다는 점입니다. 

대기업 들어오시면 알겠지만 결국 박사들도 양산개념 없으면 살아남기 힘듭니다. 너무 먼 미래만 고민하지 말고 현실적인 시점을 바라보는 것도 좋은 대안이 될 것 같습니다. 

2025년 미국 배터리시장 내 K-배터리 점유율 예상은?

글로벌 배터리 시장에서 K 배터리가 차지하는 비중은 상당히 큽니다. 특히나 미국 시장에서는 가희 절대적이라고 할 수 있지요 이미 LG 에너지솔루션과 SK온은 각각 GM과 포드 등 거대 자동차 회사들과 합작을 통해 투자를 진행하고 있고 삼성SDI 역시 스텔란티스와의 합작방식으로 미국 투자를 준비 중에 있습니다. 유럽이나 중국 일본 업체가 경쟁이 거세지고 있는 유럽 시장과는 사뭇 다른 분위기라고 하겠습니다.

미국 에너지부(DOE)에 면 오는 2025년까지 미국의 건설 예정인 대규모 배터리 생산설비 열 세 곳 중에서 11개가 한국 배터리 업체 관련 시설로 나타났습니다. 13 곳에 생산 라인이 구축이 완료되면 미국 내 배터리 생산 설비 중 국내 기업의 비중은 2025년 기준 70%까지 확대를 전망이라고 합니다. 

이 13곳의 배터리 생산라인 투자 중 가장 큰 규모를 자랑하는 것은 포드와 SK온의 합작법인인 블루오벌SK입니다. 블루오벌 SK는 미국 캔터키와 테네시에 약 13조 원을 들여 총 129 GWh 규모에 달하는 합작공장을 건설하고 있습니다. 거기에 SK온 단독으로 건설 중인 조지공장 두 곳을 합하면 약 150 GWh 규모의 생산능력을 확보할 수 있게됩니다. 

LG 에너지 솔루션은 GM과 합작법인인 얼티엄셀즈를 통해서 오하이오와 테네시, 미시간 등에 공장을 건설 중으로 생산능력은 120 GWh 이상을 목표로 하고 있습니다. 게다가 LG 엔솔도 별도의 단독 운영 공장을 미시간에서 운영중으로 규모는 47GWh 수준으로 알려졌습니다. 

반면 다른 두 회사와는 달리 비교적 소극적인 투자를 이어 가고 있는 삼성 SDI도 스텔라티스와 합작법인을 통해 47 GWh 규모의 배터리 생산공장을 설립할 예정인데요 오는 2025년까지 미국 내 현지 배터리 공장을 구축하기로 한 양해각서를 양사간 체결한 상태로 현재는 부지를 선정하는 중이라고 합니다.

본격적인 배터리 생산이 진행되는 2025년이 되면 미국 내에서 한국 배터리 기업들의 시장점유율은 70%에 이른다고 하니 생각만으로도 기분이 좋아지는 소식입니다. 

배터리의 미래는 전고체가 아니라 바로 이것

내연기관에서 전기차로의 전환의 시대가 도래하면서 배터리에 대한 관심은 더욱더 커졌습니다. 현재 가장 널리 사용되고 있는 리튬이온배터리의 단점을 극복할 수 있는 전고체 배터리는 흔히들 배터리의 미래라고 말합니다. 하지만 진정한 배터리의 미래는 따로 있습니다. 

마이크로소프트 캐패시터는 수명을 늘리고 매우 빠른 충전을 가능하게함으로써 우리가 필요로 하는 진정한 배터리의 미래라고 할 수 있습니다. 슈퍼 캐패시터는 현재 스마트폰에서 전기자동차까지 모든 분야의 제조업체들의 전자 부품들로 사용을 위한 연구와 개발에 많은 투자를 하고 있습니다.

                                            (슈퍼 캐패시터 구조 ) 

슈퍼 캐패시터는 절연층으로 분리된 두 개의 전기도체로 구성됩니다. 일반 배터리에 비해 훨씬 더 빠른 충전과 보다 효율적인 에너지 배분 및 충전 및 방전 사이클이 크고 손실이 없어 더 긴 수명을 유지할 수 있는 한마디로 말해 '배터리의 꿈'과 같은 존재라고 할 수 있습니다. 따라서 전기 자동차에 슈퍼 캐피시터를 적용할 경우 배터리 수명을 최대 4배 까지 올릴 수 있다라고 합니다. 다시 말해 슈퍼 캐패시터가 전기차의 양산이 될 경우 산업기술적인 측면과 최종소비자에 경제적인 측면 모두에서 엄청난 이익을 가져올 수 있다라는 의미입니다.

현재의 수퍼 캐패시터를 양산하는데 가장 큰 문제점은 바로 제조 기술력의 부재입니다. 현재 슈퍼 캐피시터 크기가 지나치게 크기 때문에 사용이 원활하기 위해서는 사이즈를 축소 하는 것이 최대의 관건이라 하겠습니다. 이를 위해 스웨덴의 공과 대학 연구팀은 제조공장에 스핀코팅 하는 방법을 적용하려고 하고 있습니다. '스핀코팅' 방법을 사용하면 다른 전극 재료를 선택하는데 유리하고 또한 감소된 그래핀산화물의 알킬아민 체인을 사용하여 더 높은 충전 용량을 확보할 수 있는 장점이 있습니다. 

                                        (슈퍼캐패시터 충.방전 원리)

결국 양산화를 위해선 제조비용을 현실화하는 것이 가장 중요한 문제라고 할 수 있습니다 이를 위해선 생산 기술의 발전이 필요하며 실용적인 적용을 위한 확보가 용이한 재료에 발굴도 필요한 부분입니다. 

아직 양산화를 위한 많은 어려움들이 직면에 있지만 언제나 그랬듯이 기술의 진보는 난제를 만났을 때 이루어진다라는 것을 잊지 말아야 하겠습니다. 

포스코케미칼 국내.외 투자소식

1.포스코 케미칼 캐나다 퀘벡의 GM 공급용량 극체 조인트 벤처 공장 투자

캐나다 퀘벡의 베캉쿠르에 포스코케미칼과 합작법인이 운영하게 될 양극재공장이 건설된다고 GM의 발표가 있었습니다. 이번 법인 공장에 투자 되는 비용은 약 4922억 원 수준으로 공장의 최대 주주는 포스코케미칼이 될 예정입니다. 포스코케미칼 합작법인은 원료와 투자비, 인프라 친환경성 등을 종합적으로 고려하여 캐나다 남부 산업도시인 베캉쿠르의 양극재 북미사업 최적지로 선정했다고 설명하였습니다. 이곳에서 생산되는 양극재는 GM과 LG 에너지솔루션 배터리생산 조인트벤처인 얼티엄셀즈에 전량 공급될 예정이라고 합니다.

GM은 이를 통해 생산한 배터리를 쉐보레 실버라도 EV와 GMC 허머 EV 그리고 캐딜락 리릭 등의 전기차에 공급할 예정이라고 합니다. 포스코케미칼은 이번 투자를 포함한 중장기 성장 전략을 기반으로 양극재 생산능력을 올해 10만 5천 톤에서 2025년 28만 톤, 30년에는 42만 톤까지 확대한다는 계획입니다.

  ( 쉐보레 실버라도 EV )

2. 포스코케미칼 광양시에 6천원 투자

포스코 케미칼은 올해부터 약 6000억원을 투자해 광양시 세풍산업단지에 20반 여 m^2부지에 연산 10만톤 규모의 전구체 공장건설을 단계적으로 추진하겠다는 계획입니다. 10만톤의 전구체는 순수 전기차용 배터리 기준으로 12만 여대분의 양극재를 만들 수 있는 물량이기도 합니다.

전구체는 알려져 있다시피 배터리의 핵심소재인 양극재의 중간 원료로써 양극재 제조원가의 60% 이상의 비중을 차지하는 요소입니다. 

포스코케미칼은 전구체 생산능력을 올해 1만 5천 톤에서 2025년까지 18만 5천 톤으로 확대할 방침이며, 자체생산 비율도 33%에서 67%로 높이겠다는 계획입니다.

샤오미와 화웨이가 주목하는 반고체 전지회사 WiLion

최근 베이징에 본사를 둔 한 업체에 샤오미와 화웨이 등 거대 회사들로부터 약 7800만 달러의 투자를 받은 것으로 알려지면서 관심을 끌고 있습니다.

이 업체는 바로 위라이온으로 니오(NIO)의 반고체 배터리를 공급하는 것으로 알려져 있습니다.

니오의 150kwh 배터리팩은 반고체 배터리 솔루션뿐만 아니라 하이니켈 기술이 특징으로 향후 니오의 제휴 결과에 따라서 위라이온은 전력 배터리 업계에서 확고한 입지를 다질 것으로 전망하고 있습니다.

위라이온(WiLion)은 2016년 베이징에 설립된 스타트업 앞으로 하이브리드 전해질 리튬 이온 배터리 완전 고체 리튬배터리의 개발과 생산에 초점을 두고 있습니다. 이 회사는 중국과학원 물리연구소 내 클린에너지 연구소의 고체 배터리 기술을 위한 산업화 플랫폼으로써는 유일한 곳으로도 알려졌습니다. 

니오는 지난 2020년 플래그쉽 ET7를 선보이는 자리에서 150kwh 용량의 전고체 배터리를 탑재한 미래형 모델을 출시할 것이라고 밝혔습니다. 하지만 아직 전고체 배터리가 상용화되지 않았고 차량에 적용하기에는 지나치게 이른 시점이라며 업계에서는 회의론이 일기도 하였습니다. 하지만 니오의 입장은 확고합니다. 당시 공개한 ET7에 적용한 기술은 반고체 배터리로 좀 더 빠른 시점에 새로운 솔루션을 적용한 양산차를 선보이겠다는 계획입니다.

최근 기대한 것보다 빠른 시점에 양산화 적용하는 사례들을 볼때 대부분 중국에서 먼저 이루어졌다는 점에서 이번 니오의 주장 역시 신빙성이 있다고 보입니다. 비록 전고체에 대한 개발과 기술수준이 가장 앞서 있지는 않지만 분명 전기차의 전고체배터리를 탑재하는 양산시점은 가장 앞설 것이라는게 업계의 전망입니다.

LG화학. 엔솔 배터리 관련 소식

1.LG 화학은 최근 한양대로부터 2차전지 배터리 소재 양극재 특허 약 40개를 수 백억원을 들여 구입했다고 밝혔습니다. 이번 기술 이전 요는 국내 대학이 기업으로 받은 금액 중 사상 최대 규모라고 합니다.

한양대는 2차전지 배터리 용량과 출력을 획기적으로 높일 수 있는 니켈함량 80% 이상의 하이니켈 양극재 관련한 신기술 특허를 다수 보유한 것으로 알려져 있었습니다. LG 화학은 한양대와 양극재 특허 이전 뿐만 아니라 공동 개발과 인력 확보까지 다각도에 걸친 높은 수준의 협력관계를 체결하기로 하였습니다.

LG 화학은 이번 한양대의 양극재 특허 확보를 통해 23년 배터리에 적용을 시작할 경우 배터리 성능이 크게 향상되어 현재 보다 주행거리를 20% 이상 향상시킬 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

2.현재 우크라이나와 러시아의 전쟁 가장 근접한 위치에 있는 폴란드에서는 LG에너지 솔루션이 생산라인 증설을 준비중이라고 합니다. 폴란드 브로츠와프에 자리한 LG 에너지솔루션 배터리 생산 공장을 증설할 계획이라고 하는데요. 폴란드 현지 매체에 따르면 LG 에너지 솔루션이 폴란드의 철근 콘크리트업체와 증설을 위한 한화 약 52억원 규모의 계약을 체결했다고 보도했습니다. 현재의 폴란드 브로츠와프 공장이 생산규모는 70Gwh입니다.

전고체 배터리를 양산을 대비한 소재업체들의 움직임

국내 양극재 업체의 최강자인 에코프로비엠이 배터리 관련 포트폴리오를 확대하고 있습니다. 기존의 주력으로 생산하던 양극재뿐만 아니라 배터리 주요 4대 요소 중 하나인 전해질까지 사업 범위를 확장시키고 있습니다.

기존의 리튬이온 배터리에 쓰이는 것은 액체 전해질로 외부 충격이나 온도 변화로 인한 팽창.수축 시 누수 등의 안정성 문제가 발생 할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 배터리 제조사들은 액체가 아닌 고체전해질의 사용을 검토 하고 있습니다. 바로 전고체 배터리인 것이죠. 고체전해질 중에서도 가장 상용화 가능성이 큰 것으로 평가 받는 것은 황화물계인데 이온전도도가 높고 연성이 커서 극판과 분리막 제조가 수월하다는 이유 때문입니다. 기존의 리튬이온전지와 달리 고체 전해질를 적용한 배터리는 화재 안정성면에서도 탁월하기 때문에 배터리 제조사들의 궁극적인 목표가 되고 있습니다.

 따라서 차세대 배터리가 될 고체 전해질을 생산하는 업체에 미래가 있다고 보고 있는 것입니다. 에코프로비엠은 황화물계 고체전해질 원료에 대한 공급망을 구축하고 2027년부터 양산을 통한 매출 반영을 준비하고 있습니다.

이미 전고체 배터리에 시장을 예상하고 광화 물개 고체전해질 제조 기술을 확보하려는 노력이 한창인데요. 특히 실리콘 음극재를 다루고 있는 대주전자재료는 한국 전기연구원으로부터 황화물계  고체전해질 제조기술을 이전 받은 것으로 알려져 있으며 올해 안으로 파일럿 생산시설을 마련한다는 계획입니다. 또한 동박 생산으로 유명한 일진머티리얼스도 고체 전해질 상용화를 위한 준비가 한창인 것으로 알려졌고 이수화학은 황화물계 고체전해질의 원료인 황화리튬 상업화에 나서고 있는 상태입니다.

결국 2차전지의 방향은 전고체배터리가 확실하지만 기술의 발전 속도에 따라 양산화 시점이 언제가 될지는 아직 단정하기는 힘든 상황입니다. 앞서 언급한 바와 같이 전고체 배터리 상용화를 위해서는 아직 넘어야 할 공정 기술들의 산적해 있는 상황이기 때문입니다. 하지만 소재산업으로부터 고체 배터리로 전환을 위한 준비가 시작되고 있는 것은 분명해 보입니다.

아연-이산화망간의 효율 및 수명연장 비밀을 밝히다.

러시아 우크라이나 사태로 인해 전통적인 천연자원에 무기화 위험성을 직시하고 있는 상황입니다. 따라서 유럽과 미국을 포함한 여러 나라는 어느때보다 더 신재생에너지의 상용화를 위해 더욱 매진하고 있는 상황인데요. 신재생에너지에 발전과 더불어 필요한 것이 바로 에너지저장장치(ESS)입니다.

ESS 용으로 리튬이온전지를 많이 사용하고 있지만 잘 알려졌다시피 화재의 위험성 역시 높아 언제든 화재의 위험성에 노출되어 있는 상태입니다. 따라서 대안으로 제시되고 있는 것이 바로 바나듐 레독스 전지나 공기-철 전지 그리고 아연-이산화망간 전지 등과 같은 안정성이 확보되어 있는 케미스트리 입니다.

수계 아연-이산화망간 전지는 물 기반에 전해액을 사용하기 때문에 안정하고 경제성이 높은 배터리입니다. 그러나 기존 리튬이온전지 보다 복잡한 반응들로 구성된 아연-이산화망간 전지의 충.방전 구동은 이산화 항간에서 망간 이온(Mn2+)의 용출과 이로부터 기인한 중간 생성물의 부산물인 절연체(ZHS:Zn4SO4(OH)6.xH2O)의 축적을 유발하게 되는데 이 부산물은 낮은 효율과 용량 저하의 주원인으로 작용해 왔습니다.

그런데 대구 경북 과학 기술원의 연구팀들이이 문제에 대한 해결책을 발견했습니다. 연구진은 수계 아연-이산화망간 전지의 양극과 분리막 사이에 기공성 탄소지지체를 삽입하고 테스트를 한 결과 충전용량이 g 당 278mAh가 나와 탄소지지체를 사용하지 않은 전지에 비해 용량이 15% 향상됨을 확인했습니다. 또한 전지의 충.방전 사이클이 약 108번을 사용하면 성능이 떨어졌지만 3000번 넘게 충.방전 사이클을 가동해도 용량을 85.6% 나 유지할 수 있었습니다. 연구진은 나노탄소소재의 단순한 산 처리와 얇은 지지층의 설계만으로 확연한 개선이 가능했다고 밝혔습니다.

부품개선을 통한 성능 향상을 이끌어내어 경제적이고 효과적인 아연-이산화망간 전지의 수명 안전성을 확보할 수 있어서 차세대 저장용 배터리로서 리튬 이온 전지를 대체할 것으로 기대를 모으고 있습니다.

리튬이온 배터리 화재불안을 풀 실마리

국내 연구진 덴드라이트 성장 방지용 첨가제 개발

현재 전기차의 적용되고 있는 리튬이온전지의 음극재는 흑연을 주원료로 사용합니다. 채굴의 용이성으로 단가가 저렴하기 때문에 경제성은 있지만 에너지 밀도가 낮은 충분한 양의 리튬이온을 품기에는 부족하다는 단점이 있습니다. 이를 보완하기 위해 고려하고 있는 것은 실리콘 대체재 인데 이 역시도 과도기적인 수준이며 궁극적인 목표는 리튬금속 음극재의 개발이라고 할 수 있습니다.

리튬 금속 음극재를 개발하는데 있어 가장 큰 걸림돌로 작용하는 것이 바로 나뭇가지처럼 배터리 내부에서 뾰족하게 잘하는 현장인 '침상의 리튬' 즉 덴드라이트에 따른 안정성 저하 문제입니다. 카이스트와 충남대 공동연구팀이 덴드라이트를 억제할 수 있는 이온성액체 첨가물을 개발했다고 하여 화제가 되고 있습니다. 이 첨가제는 분자구조가 대칭성을 띠면서 리튬의 덴드라이트 성장을 억제하여 배터리의 성능과 화재 등의 위험성으로부터 보호할 수 있다고 합니다.

리튬이온이 침상 덴드라이트에 달라 붙지 못하도록 균일한 리튬층을 유도하여 덴드라이트의 성장을 예방합니다. 실제 첨가제를 리튬금속배터리에 넣어 사용한 결과 성능이 3배 정도 높아지는 것으로 확인되었습니다. 궁극적으로 리튬 이온의 치명적인 단점인 화재 발생의 리스크를 낮출 수 있다는 면에서 상당한 의미가 있다고 하겠습니다. 

21년 전기차에 사용된 배터리 케미스트리 비중 분석

2021년 판매된 전기차용 배터리의 용량은 20년 예상 134.5 GWh에서 전년 대비 113% 증가한 286 2GWh 추산됩니다. 아담스 인텔리전스에 따르면 전체 용량의 98% 이상이 플러그인 하이브리드 차량에 적용된 것으로 나타났습니다.전기차와 플러그인 하이브리드에 사용된 배터리 용량이 약 280 GWh 이상으로 하이브리드 경우 많은 부분을 차지하고지는 않았습니다. 

흥미로운 것은 전기차 영어로 매우 인기가 높았던 리튬 이온 케미스트리에 시장 점유율입니다 실제의 전기차에 사용된 배터리에 화학 조성별 비중을 살펴봤을 때 하이니켈 그룹은 시장의 대부분을 차지하는 것으로 나타났습니다.

의뢰인 사실은 테슬라 모델 3 적극적으로 사용되고 있는 리튬인산철배터리에 비중이 그다지 높지 않다라는 점입니다. LFP 케미스트리에 사용 비중은 전체 배터리 용량에 약 20% 수준입니다. 

삼원계 보다 열적 안정성과 Cost 때문에 많은 인기를 얻고 있는 LFP이지만 실제 유럽과 북미에서는 사용이 그리 많지 않은 상황이고 실제 에너지 밀도가 낮기 때문에 전체 배터리 총량 기준으로 볼 경우 예상보다 더 낮은 개종을 찾아는 것으로 나타났습니다.