◇안석현 KIPOST 기자: 오늘은 배터리 양극재에 대해 알아보겠습니다. 우선 양극재를 뜯어보기 전에 2차전지의 구조에 대해 간단히 짚고 넘어가겠습니다.

2차전지 구조

2차전지는 크게 보면 양극재, 음극재, 분리막, 전해질. 이렇게 4개 부분으로 나눠져 있습니다. 우리가 스마트폰이나 노트북PC를 켜면, 음극에서 양극으로 전자가 흐르면서 방전이 일어납니다.

우리는 이때 발생한 전기 에너지를 이용해 전자제품을 사용합니다.

양극재 종류 및 차이

그런데 이 양극재, 이름이 참 어렵습니다. NCM, NCA, LCO, LFP 등등 언뜻 들어서는 어떤 의미인지 알아듣기 힘듭니다.

사실 이 양극재들 이름은 어떤 성분으로 구성됐는지를 기준으로 만듭니다.

예컨대 NCM은 앞에서부터 니켈, 코발트, 망간으로 이뤄진 소재입니다. NCA는 가장 뒤에 있는 A가 알루미늄이죠. LCO는 리튬과 코발트 산화물이라는 뜻입니다. 중국 배터리 업체들이 많이 사용하는 LFP는 리튬인산철로 구성된 소재입니다.

그럼 왜 이렇게 양극재 소재가 다양하냐. 그것은 양극재를 어떤 물질로 만드느냐에 따라 특성이 달라지기 때문입니다.

공통적으로 니켈이 들어가는 NCM과 NCA는 다른 양극재들에 비해 에너지 밀도가 높은 것으로 정평이 나 있습니다. 예컨대 같은 크기의 배터리를 만들었을때 더 많은 전기에너지를 낼 수 있다는 뜻이죠. 전기차에 NCM이나 NCA 배터리가 장착되는 것은 이 때문입니다. 대표적으로 미국 테슬라가 NCA 배터리를, 그 외 대부분의 전기차 업체들이 NCM 배터리를 사용하고 있습니다.

NCM과 NCA의 단점도 있습니다. 바로 니켈의 불안정성인데요. 니켈은 순간적으로 강한 에너지를 내는데는 적합하지만 매우 불안정한 물질입니다. 과거 보고된 배터리 화재 사고의 대부분은 니켈 때문에 벌어진 일이죠.

안정성에 있어서는 LFP 배터리가 니켈 계열 배터리들 대비 우수합니다. 다만 앞서 말씀드린것처럼 상대적으로 에너지 밀도가 낮기 때문에 부피를 크게 만들어야 하죠. 중국이 생산하는 전기버스 대부분은 LFP 배터리가 적용되어 있습니다.

LCO 배터리는 에너지 밀도도 높은 편이고 니켈이 들어가지 않기 때문에 안정적입니다. 그러나 코발트 사용량이 많다는 게 단점입니다. 아시겠지만 코발트는 지구상에서 매우 한정된 지역에서만 생산하죠. 이 때문에 가격 등락폭이 큰데, LCO 배터리는 코발트 가격이 덩달아 단가가 크게 올라갈 수 밖에 없습니다.

국내 3사가 사용하는 양극재는

그럼 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션은 이 중에서 어떤 양극재를 선호할까요?  3개 회사 모두 니켈이 들어간 NCM과 NCA 생산량이 많습니다. 니켈 안정성만 제어하면 가장 에너지 밀도가 높고 저렴하게 만들 수 있기 때문이지요.

특히 이들 세 회사는 최근 NCM의 니켈 비중을 높이는데 노력하고 있습니다. 원래 60% 정도 사용되던 니켈 함량을 80%까지 높이는거죠. 20%씩 사용되던 코발트와 망간은 10%씩으로 줄이고요. 이는 니켈 비중을 높여 에너지 밀도를 올릴 수 있는 동시에 코발트를 덜 쓰게되는 장점도 있습니다. 말씀드린것 처럼 수급이 불안정한 코발트는 적게 쓸수록 사업에 유리하니까요.

자 지금까지 배터리 양극재에 대해 알아봤습니다.