LG·삼성·SK, 배터리 소재 혁신 경쟁

[한국금융신문 곽호룡 기자] 전기차 시장이 본격적으로 열린다는 기대감이 커지며 배터리에 들어가는 소재 경쟁도 한층 치열해지고 있다.

소재는 그간 한국 산업계가 취약하다는 평가를 받는 분야다. 지난해 일본의 수출규제 국면에서 반도체·디스플레이는 물론 배터리 업계도 촉각을 곤두세우며 공급망 재정비에 나서기도 했다.

LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션 등 한국 배터리 3사는 기술 혁신을 통해 단점을 메꿔나가겠다는 전략이다.
시장조사업체 SNE 리서치 조사에 따르면 올해 1~8월 글로벌 전기차 배터리 시장에서 한국 배터리 3사 점유율은 35.1%에 이른다. 작년 같은 기간 점유율(16.2%)에 비해 2배 이상 끌어올렸다.

중국과 일본 기업이 각각 현지업체와 테슬라 의존도가 높은 것과 달리, 한국 3사는 다양한 고객사를 확보하고 있는 점이 강점으로 꼽힌다.

다만 한국 배터리 기업들은 배터리를 구성하는 소재 공급망이 약점으로 꼽힌다.

블룸버그 뉴에너지파이낸스(NEF)는 지난 9월 ‘2020 배터리 공급망 순위’에서 한국을 중국, 일본에 이은 3위로 평가했다. 세부 평가 항목은 원재료, 제조, 환경, 규제영향지수, 수요 등이다.

한국은 원재료 부문에서 17위로 박한 평가를 받았다. 나아가 이 평가에서 한국은 5년 후인 2025년 8위로 다섯 단계 하락할 것이라고 전망됐다.
자원이 상대적으로 부족한 한국 특성상 원재료는 상당부분 해외에 의존할 수밖에 없는 현실이다. 이를 타개하기 위해 기업들은 원재료 가공 등 기술력을 늘리는 방식을 취하고 있다.

리튬이온 배터리의 핵심 소재인 양극재는 니켈·코발트·망간(NCM) 등 세 가지 원재료로 구성됐다. 특히 니켈 비중을 높이면 에너지 밀도가 높아져 전기차 주행거리를 늘릴 수 있다.

상대적으로 고가인 코발트 비중이 낮아져 원가 부담도 낮아지는 구조다. 현재 대중화된 전기차에 탑재된 배터리는 니켈 비중이 60%인 NCM622이다. 테슬라 등 일부 고성능 전기차에는 니켈 비중을 80%까지 높인 NCM811을 채택했다.

LG화학이 GM과 합작 개발한 얼티엄 배터리는 NCMA 배터리로 알려졌다. 이 배터리는 니켈 비중이 90%로 알려졌다. 니켈 비중을 늘리면 화재 문제에 취약해질 수 밖에 없다.

알루미늄(A)을 첨가한 것은 이 문제를 보완하기 위함이다. GM은 얼티엄 배터리가 처음으로 탑재된 픽업트럭 ‘험머EV’를 내년 하반기경 출시한다.

SK이노베이션도 니켈 함량이 90%인 이른바 ‘NCM구반반( NCM 9½½) 배터리를 이르면 내년께 공급을 시작한다고 발표했다.

삼성SDI가 내년에 내놓을 차세대 전기차 배터리 ‘젠5’는 NCA배터리다. 니켈 비중은 약 88% 수준이다. NCM 대비 알루미늄을 적극 채용해 화재 위험을 낮춘 것이 특징이다.

이처럼 한국 배터리 3사가 내놓는 소재 기술 청사진은 비슷하다.

오히려 배터리 기술 주도권을 위협하고 있는 곳은 중국이다.

테슬라는 최근 중국산 모델3에 LG화학 배터리와 함께 중국 현지 기업인 CATL 제품을 채택했다. CATL이 공급하는 배터리는 리튬인산철(LFP)로 알려졌다.

LFP는 리튬이온 대비 에너지밀도가 낮고 무게도 무겁다는 단점이 있다. 과거 한국기업도 양산해 에너지저장장치(ESS) 등에 활용했지만 단점 때문에 사업을 중단했다.

업계에서는 한 수 아래로 평가받는 이 기술을 테슬라가 채택했다는 점에 주목한다.

LG화학은 “LFP는 주행거리가 긴 대형세그먼트에 장착하기 어렵고, 역량이 부족한 기업이 양산할 경우 품질문제로 번질 수 있다”고 밝혔다.

그럼에도 LFP를 탑재한 모델3가 최근 유럽으로 역수출되는 등 일정 성과가 나오고 있다. 우선 LFP는 공급 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 원가절감이 중요한 완성차 입장에서 매력적인 선택지다.

또 최근 잇따른 화재 사건으로 문제가 된 리튬이온 보다 안전하다는 점도 있다.

한국 배터리사는 혁신 기술 승부수로 대응한다는 전략이다. 이들 기업들은 장수명·리튬황·전고체 등을 미래 배터리로 제시하고 있다.

삼성SDI는 2027년 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리에 대한 양산을 시작한다는 계획이다. 3사 가운데 양산 제시 시점이 가장 빠르다. 전고체 배터리는 양극·음극을 고체 전해질로 대체해 성능을 물론 화재 위험성까지 크게 낮출 수 있다.

LG화학은 2024~2025년 리튬황 배터리를 양산하고, 2028~2030년 전고체 배터리를 상용화한다는 목표다. 특히 LG화학이 개발하고 있는 리튬황 배터리는 가벼움이 장점이다.

LG화학 리튬황 배터리는 최근 한국항공우주연구원에서 개발한 비행체에 적용해 시험 비행에 성공했다.

LG화학은 현재 기술 수준을 미뤄볼 때 리튬황 배터리는 당장 전기차 보다는 이같은 대안 모빌리티 시장에 우선 적용될 것이라고 내다봤다.

SK이노베이션도 최태원닫기최태원기사 모아보기 SK 회장과 정의선 현대차그룹 회장의 회동 때, 기존 5배 이상 수명이 긴 장수명 배터리, 리툼황, 전고체 배터리 등 미래 배터리 개발 방향성을 설명했다.

곽호룡 기자 horr@fntimes.com