안녕하세요~! 달봉이입니다.
오늘은 전기가의 핵심요소인 배터리에 대하여 알아보려고 합니다.
전기 자동차의 핵심 요소인 배터리에는 다양한 종류가 있지만, 그중에서 이번글에서는 요즘 많은 관심을 받고 있는 LFP(Lithium Iron Phosphate)와 NCM(Nickel Cobalt Manganese) 배터리에 대해 알아보겠습니다.
LFP(Lithium Iron Phosphate) 배터리
LFP 배터리는 철 인산 리튬을 사용하여 만들어진 리튬 이온 배터리입니다.
LFP 배터리 주요 특징
안정성: 철과 인산의 조합으로 인해 열 안정성이 우수하며, 과충전이나 과방전 시 발생하는 열 및 화재 위험이 적습니다.
수명: 일반적으로 다른 리튬 이온 배터리와 비교하여 더 긴 수명을 가지고 있으며, 충방전 사이클 수가 많아도 성능 저하가 적습니다.
저비용: 철과 인산은 상대적으로 저렴한 재료로 제조되므로 경제적인 선택입니다.
낮은 에너지 밀도:다른 리튬 이온 배터리에 비해 상대적으로 낮은 에너지 밀도를 가지고 있어서 동일한 크기의 배터리 팩에서 더 적은 운행 거리를 제공할 수 있습니다.
NCM(Nickel Cobalt Manganese) 배터리
NCM 배터리는 니켈, 코발트, 망간을 사용하여 만들어진 리튬 이온 배터리입니다.
NCM 배터리 주요 특징
고 에너지 밀도:니켈, 코발트, 망간의 조합으로 인해 높은 에너지 밀도를 가지고 있어서 동일한 크기의 팩에서 더 긴 운행 거리를 제공할 수 있습니다.
경량화 가능성:에너지 밀도가 높으면서 상대적으로 가벼운 구조로 설계할 수 있어 차량의 경량화에 기여합니다.
충전 속도:일반적으로 충전 속도가 빠르며, 고속 충전이 가능합니다.
열 안정성 부족:니켈과 코발트 함량이 높아 열 안정성이 낮을 수 있으며, 과열 시 성능 저하나 화재 위험이 발생할 수 있습니다.
앞으로의 전망 - 강한것이 살아남는다
-'배터리 기술의 발전=에너지 밀도의 향상'이다.
-에너지 밀도가 높은 배터리를 만드는 기업이 미래를 주도한다.
-현존하는 가장 밀도 높은 배터리 기술을 가진 한국 배터리가 미래를 주도한다. [K 배터리 레볼루션, 박순혁 지음]
배터리 시장의 승자는 '기술적으로 우월한 쪽'이 될 것이다. 현존하는 배터리 가운데는 삼원계(통칭, NCM)가 그렇다. LFP를 기술적 관점에서 정의하자면 '죽었다 깨어나도' 삼원계(NCM)의 에너지 밀도에 도달할 수 없는 배터리'다. 같은 거리를 달리게 만들려면 LFP는 더 무겁다. 같은 무게로 만들면 LFP의 주행거리가 현저히 짧다..
이유는 구성 광물이다. 기술적 설명을 다 생략하고 도식적으로 설명하면, 두 배터리의 차이는 양극재를 구성하는 광물의 차이다. 삼원계는 니켈 N, 코발트 C, 망간 M을 양극재로 쓰는 배터리다. LFP는 인산철 LP를 쓴다. 인산철이 훨씬 무겁다. 밀도는 낮다. 태생의 한계다.
중국의 지원을 받고 있는 LFP, 미국도?
위에서 언급한 것처럼 LFP는 태생이 NCM을 이길 수 없다. 하지만 인구 & 경제 대국인 중국에서 LFP 배터리를 원한다.
일단, 중국이 LFP를 원한다. 테슬라에 이어 순수 전기차 판매 세계 2위인 BYD는 100% LFP 배터리만 생산해 자사 전기차에 탑재한다.
세계 1위 배터리 업체 CATL도 LFP를 더 생산한다. 중국에선 2021년부터 LFP가 삼원계를 넘어섰다. 2023년 3월 기준으로는 70%가 LFP다. 이렇게 LFP를 선호하는 중국, 상위 4개 업체( CATL, BYD, CALB, SVOLT)의 2025년 목표 연간 생산량은 합산해서 2,370 Gwh다. (참고로 LG에너지솔루션의 2025년 목표 생산량은 540 Gwh다.)
중국이 있어, 약한 배터리 LFP의 사망은 아직 멀리 있다.
이게 끝이 아니다.
미국, 미국도 LFP를 원한다. 블룸버그는 2030년까지 미국 전기차 수요의 40%를 LFP가 점유할 것이라고 전망했다. 주목할 것은 테슬라다. 테슬라의 계획을 보면 기존의 모델 3과 모델 Y 외에 앞으로 출시 예정인 모델 2와 전기버스, 단거리 전기 트럭에도 LFP가 채택될 가능성이 크다.
BMW나 폭스바겐, 스텔란티스 등 유럽도 LFP를 쓰겠다고 한다. 심지어 삼원계의 적장자, 한국 배터리의 희망, LG 에너지설루션조차 미국 애리조나에 3조 원을 투자해 LFP 공장을 지을 계획이다.
왜 LFP? NCM은?
현재 세계에서 가장 많은 전기차를 생산하는 업체는 중국의 BYD다. (PHEV 포함, 순수 전기차는 테슬라가 1위다.) 광물부터 부품, 그리고 배터리와 완성차를 모두 제조하는 '수직통합형 기업'이다. 이 BYD의 전기차, 100% LFP만 쓴다.
[배터리 전쟁]에서는 BYD의 선택을 이렇게 말한다.
이 회사가 LFP 양극재에 감상적인 애착을 품고 있는 것은 아니다. 더 저렴하고 안전한 대안이어서 힘을 실을 뿐이다. [배터리 전쟁, 루카스 베드나르스키 지음]
머리 아픈 이야기지만, 어쩔 수 없이 잠시 광물 이야기를 조금 해야 한다.
LFP니 삼원계니, 모두 배터리 부품 가운데 '양극재'의 소재와 관련된 차이다. LFP에 들어가는 인산철은 무겁고 밀도도 낮지만, 인(P)과 철( Fe)은 지구상에서 가장 흔한 원소 가운데 하나다. 즉, 싸다. 반면 삼원계의 원소들은 상대적으로 비싸다.
차이는 이것만이 아니다. 배터리의 핵심소재, 리튬 소재에도 차이가 있다.
리튬이라고 다 같은 리튬이 아니다. LFP 비교적 정제과정이 간편한 '탄산리튬'으로 만들 수 있다. 삼원계는 탄산리튬을 한 번 더 가공해야 얻을 수 있는 수산화리튬을 쓴다. (가공을 더 하니 당연히 원가가 더 높다) 이유는 녹는점이다. 수산화리튬은 녹는점이 낮아 니켈과의 합성이 편하다.
즉, LFP에는 더 싼 탄산리튬이 들어간다. 게다가 들어가는 리튬의 양도 적다. 더 싼 리튬을 더 적게 쓰고, 흔하고 싼 인산철을 쓴다. LFP의 경쟁력은 여기에 있다. 이 차이는 결국 원가의 차이가 된다. LFP배터리에서 양극재의 원가 비율은 17%까지 떨어졌다. 삼원계에서 양극재 비율이 40%에 달하는 것과 비교해 보면 큰 차이다. 더 흔한 광물로 더 쉽게, 또 더 싸게 만들 수 있다. 이게 LFP의 장점이다. 이 장점이 밀도가 낮다는 단점을 상쇄한다.
결론
이러한 상황들을 고려해 볼 때 앞으로 자동차 제조사들은 NCM & LFP 배터리 모두를 선택지도 주고 개발을 진행할 것으로 예상되며, 전기 자동차 사용자들은 차량 용도와 개인 선호사항 등을 고려하여 LFP와 NCM 중 어떤 타입의 배터리가 내장된 차량 모델을 선택할지 신중하게 결정해야 할 것으로 생각됩니다.
결국 모든 선택은 소비자의 몫으로 돌아갈 것이고, 그 선택에 대한 책임도 소비가의 몫이 될 것입니다.