리튬이온 2차전지 이후 차세대 전지 전쟁1?(#4. 2차전지)

순서
0. Intro.
1. 현재 주류인 삼원계와 LFP
2. 반고체 배터리
3. 한국 배터리 3사의 위기감
 

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Intro.
배터리 기술이 굉장히 빠르게 발전하고 있습니다.

울트라하이니켈 리튬이온 배터리, 반고체 배터리, 전고체 배터리, 수소연료전지에 이르기까지 하루가 멀다 하고 발전되어 몇몇 기술들은 제대로 적용되기도 전에 사라질 수도 있을 것 같습니다.
 
현재 2차 전지 배터리는 한국, 중국, 일본이 주도하고는 있지만, 차세대 배터리들에서는 미국까지 가세해 굉장히 치열한 양상을 보이고 있습니다.
 
다음 편에서는 전고체 배터리와 수소연료전지를 추가적으로 업로드할 계획입니다.
 

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1. 현재 주류인 삼원계와 LFP
 
현재 주류인 삼원계와 LFP배터리의 에너지 효율은 삼원계가 250Wh/kg, LFP가 150Wh/kg에 지속적 개량으로 곧 200~230Wh/kg로 예상됩니다. 이에 삼원계도 에너지 효율을 극대화하기 위해 88% ~ 90% 니켈 이상을 시장에 공급하기 시작했습니다.
 
삼원계는 이론상으론 400Wh/kg이지만, 에너지 밀도를 높일수록 외부충격에 약하고 화재 및 폭발의 위험이 존재해 한계를 300Wh/kg로 예상합니다. 현재 NCA배터리를 4680 배터리로 제작 시 296Wh/kg까지 도달했습니다.
 
엘앤에프에서 97% 울트라하이니켈 양극재가 본격 상용화되고 이를 안정적으로 뒷 받침하는 기술이 뒷 따른다면 300Wh/kg도 넘을 수 있지 않을까 예상은 하지만 관심을 가지고 지켜볼 문제입니다.
 
90% 이상의 울트라하이니켈 양극재는 엘앤에프뿐 아니라 2024년 본격적으로 LG화학, 에코프로비엠, SK온 등에서 공급되어 셀업체 LG엔솔, 삼성 SDI, SK온 등에서 시장에 공급될 것으로 예상됩니다.
 

니켈의 함량이 97% 이상이라는 극단적 비율뿐 아니라 깨어짐 등의 문제로 양극재가 다결정에서 단결정으로 가야만 하는 부분에서 기술적으로는 엘앤에프가 단연 앞선 것으로 보입니다.

 
 
 

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2. 반고체 배터리
 
중국의 CATL, 웨이란 신에너지, 간펑리튬, 궈쉬안가오크어 등이 앞다투어 반고체 배터리를 출시하며 주목받고 있습니다.
 
미국 기업으로는 SES, 24M 역시 반고체 배터리에서 앞서있는 기업으로 손꼽힙니다. 2024년부터 본격적으로 초기 대량생산을 시작해 2025년쯤 본궤도에 오를 것으로 예상합니다.
 
한국의 현대차도 배터리 내재화를 위해 SES에 지분투자를 하고 있습니다. 반고체를 탑재한 전기차를 2025년에 출시한다는 목표로 준비하고 있습니다.
 
일본 기업들도 반고체배터리를 적용한 배터리를 상용화하고 있지만 아직까진 경쟁력을 지니지는 못한 것으로 보입니다.
 
 
 
현재 주류배터리의 단점들을 상당부분 커버하고 있습니다.

• 에너지밀도를 전고체배터리 수준인 최고 500Wh/kg까지 높일 수 있다고 합니다.
  • 소량 생산 중이며 실제 판매되는 차량에 적용된 에너지 밀도는 360Wh/kg 수준으로 알려져 있습니다.
    • 중국 동펑사의 란투에 82 kWh를 2022년 12월에 처음 적용되었습니다.
    • 중국 니오사의 ET7에도 적용되어 2023년 상반기 내로 출시할 예정인데 충전 시간도 10분에 400km까지 주행 가능하다고 합니다.
    • 1회 충전에 1000km도 장담하고 있습니다. 한국 기준이면 700~800km 수준으로 예상됩니다.
  • 아직은 대량생산에 해결해야 할 문제들이 있나 봅니다. 대량양산이 가능해지면 상당히 위협적인 기술이 될 것 같습니다.
• 비용이 기존 배터리 대비 40% 낮출 수 있다고 합니다.
  • 전해질이 액체가 아닌 젤타입이라 건조 공정이 빠진다고 합니다.
• 안정성이 뛰어납니다.
  • 기본구조는 같지만 전해질이 젤 타입으로 덴드라이트 현상이 억제되고 화재도 거의 발생하지 않을 것으로 이야기됩니다. 
• 충전 횟수도 최대 9000회까지 이야기가 나오고 있습니다. 재료에 따라 차이는 있습니다.

 
 

 

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3. 한국 배터리 3사의 위기감
 
반고체 배터리에서 중국 배터리 기업들이 앞다투어 초기 양산을 시작했습니다. 현재 에너지밀도가 한국 3사 주력 3원 계보다 높은 360Wh/kg입니다. 많은 장점까지 갖추게 되었습니다.
 
공개된 보도와 자료들을 100% 신뢰할 수는 없지만, 상당 부분 사실이라면 한국 배터리 3사에 가장 큰 위협이 될 가능성이 높습니다.

한국은 차세대로 전고체만을 밀고 있어 제대로 양산이 되어도 가격적인 부분에서 초기 고전할 가능성이 높기 때문입니다. 또한 본격 양산이 빨라야 2026 ~ 2027년 이므로 상당히 위협감을 느낄 것으로 추정됩니다.
 
또한, CATL이 최대 에너지밀도를 500Wh/kg까지 기술개발 후 공개한 것이 시행착오를 겪으며 양산에 성공한다면, 한국 3사가 차세대로 집중 개발하고 있는 전고체로 굳이 갈 필요조차 없을 수 있습니다. 혹은 간다고 해도 가격 경쟁력에서 여전히 중국에 밀리게 됩니다.

 
★ 개념적으로 조금 더 정리할 필요는 있는 것이, 보도되거나 공개된 자료들에서 각사들의 사용하는 기술들이 명확하지 않습니다. 이를테면, 전해질을 액체에서 젤타입 정도로만 언급되고 있지만, 전해질이 달라짐에 따라 안정성이 올라가므로 음극재를 리튬메탈로 바꾼다와 같은 명확한 기술 설명들은 나오지 않고 있습니다.
 
조금 더 조사를 해본 후 기회가 되면 다시 추가 업로드 하겠습니다.