[뉴스투데이=남지완 기자] LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 국내 배터리 3사를 비롯한 해외 유력 배터리 업체들이 최근 '준(準) 차세대 배터리'로 불리는 '코발트 프리(free:코발트가 없는) 배터리' 개발에 속도를 내 그 배경에 관심이 모아지고 있다. 

 

24일 관련 업계에 따르면 현재 배터리 업체들은 니켈·코발트·망간(NCM) 배터리를 주력으로 생산해 판매하고 있으며 전고체 배터리를 차세대 배터리로 여기고 있다. 

 

전고체 배터리는 배터리의 4대 요소(양극재, 음극재, 전해액, 분리막) 중 리튬이온의 이동통로 역할을 하는 전해액을 고체 소재로 바꿨다. 고체 전해액은 외부 충격에 강하다. 이에 따라 화재나 폭발 위험이 낮으며 분리막을 비롯해 기존 배터리에서 여러 요소를 대체할 수 있어 에너지 밀도를 높일 수 있다.

 

다만 전고체 배터리 등 차세대 배터리 개술 개발은 상당한 시간이 걸린다. 이에 따라 NCM 배터리에 준하는 성능을 갖췄지만 제조비용이 저렴한 점이 특징인 준 차세대 배터리 수요가 늘어나고 있는 추세다.

 

게다가 NCM 배터리 원료 가운데 하나인 코발트는 니켈(Ni), 망간(Mn)과 비교해 가격이 비싸다. 이에 따라 배터리 가격이 내려가지 않아 전기자동차 대중화를 막는 요인이 되고 있다.  이와 함께 아프리카 콩고에서 코발츠 채굴에 어린이를 동원하는 등 '아동 착취'라는 불명예도 안고 있다. 

 

이에 따라 국내 배터리 3사 등 관련 업계는 코발트 프리 배터리 개발에 사력을 다하고 있다.

 

 

■ 코발트 프리 기술 필요한 이유 알고보니

 

한국 배터리 3사가 주력으로 제작·판매하는 제품은 NCM 배터리다. NCM 배터리에 포함되는 물질 가운데 하나인 코발트는 전기차 배터리가 상용화되기 이전부터 논란의 중심에 섰다.

 

코발트는 NCM 배터리의 안정성 확보에 꼭 필요한 원료지만 원료 가격이 비싸다는 단점이 있다. 

 

한국자원정보서비스 자료에 따르면 이달 초 기준 △니켈은 t당 2만4235달러(약 3180만원)에 거래되고 있으며 △코발트는 t당 4만400달러(약 5300만원) △망간은 t당 1474달러(약 190만원)다.

 

게다가 미국 지질조사국(USGS)에 따르면 2020년 기준 전 세계에서 12만1400t의 코발트가 생산됐으며 이 가운데 9만5000t(78%)이 콩코에서 생산됐다. 

 

미국 하버드대학교는 콩고 어린이 희생으로 여전히 코발트 채굴을 진행하고 있어 이에 따른 전 세계 인권단체의 비난이 일고 있다고 지적했다.

 

결국 코발트 사용을 극소화하거나 완전히 사용하지 않는 게 경제적으로나 사회적으로 최선인 셈이다. 

 

 

■ 삼성SDI·LG에너지솔루션, NMX 배터리·망간리치 배터리 개발 나서

 

코발트 사용을 최소화하기 위해 삼성SDI는 NMX 배터리(코발트 프리) 개발을 추진하고 있으며 LG에너지솔루션은 망간리치 배터리 개발에 초점을 맞췄다.

 

삼성SDI는 지난달 말 1분기 실적 설명과 향후 사업방향을 공개하는 컨퍼런스를 개최했다.

 

삼성SDI 관계자는 "컨퍼런스에서 기존 프리미엄 배터리 경쟁력은 유지하면서 NMX 배터리, 리튬·인산·철(LFP)배터리 등 코발트 프리 배터리 개발을 추진해 포트폴리오 다각화를 추진하겠다는 사업 비전을 내비쳤다”고 밝혔다.

 

현재 삼성SDI는 NCM 배터리 일종인 'P5 배터리'를 프리미엄 배터리로 내세우며 활약하고 있다. P5 배터리는 기존 전기차 배터리에 비해 에너지 밀도는 20% 높이고 재료비는 20% 이상 절감한 점이 특징이다.

 

이 배터리는 BMW전기차 성능을 한 단계 끌어올린 것으로 평가 받으면서 삼성SDI의 P5 배터리 브랜드 가치는 갈수록 높아지고 있다.

 

다만 앞으로 전기차가 더욱 확대되려면 중저가형 배터리가 보편화돼야 한다. 또한 지속가능한 성장을 위해 기업의 환경·사회·지배구조(ESG) 역량을 강화해야 한다. 이에 따라 NMX 배터리 기술력 확보가 무엇보다 중요하다 할 수 있다.

 

업계에 따르면 NMX 배터리는 기존 NCM 배터리에서 코발트가 제외되며 망간 비율이 높아지는 것으로 알려져 있다. 코발트 제외로 배터리 제조 가격은 상대적으로 낮아지며 성능은 기존 NCM 배터리와 비슷한 수준이다.

 

다만 NMX 배터리에 대한 대규모 양산 계획이 없고 이 배터리를 적용 사례 역시 많지 않다. 

 

업계 관계자는 “아직까지 전기차 업계는 NCM 배터리 및 LFP 배터리 수요로 양분됐다”며 “특정 업체가 NMX 배터리에 대한 필요성을 강조하고 대규모 발주에 나서야 배터리 기업들도 관련 기술의 연구개발(R&D)에 속도를 낼 것”이라고 분석했다.

 

LG에너지솔루션 역시 코발트 사용을 최소화하고 망간 비율을 극대화한 제품을 개발 중이다. LG에너지솔루션의 이 배터리는 '망간리치 배터리'로 불리고 있다.

 

LG에너지솔루션은 가격이 저렴한 망간을 최대한 활용해 망간리치 양극재를 활용하고 현재 상용화된 흑연 음극재 대신 실리콘 음극재를 활용해 준 차세대 배터리를 제작할 계획이다.

 

두 가지 신기술이 합쳐져 제작될 망간리치 배터리는 △높은 안정성 △높은 에너지밀도 △개선된 급속 충전 성능 등 3가지 특성을 지닐 것으로 보인다.

 

한편 SK온은 LFP배터리와 망간을 융합한 'LMFP 배터리'를 개발하고 있는 것으로 알려져 있다. 다만 이에 대한 자세한 사항은 공개되지 않고 있다. 

 

 

■ 준 차세대 배터리 개발 못하면 LFP 개발·양산에 집중해야

 

일각에서는 국내 배터리 3사가 코발트 프리 또는 코발트 사용 최소화에 성공하지 못한다면 LFP 배터리 개발·양산에 박차를 가해야 한다고 주문한다.

 

전기차 배터리 시장에 준하는 에너지저장시스템(ESS) 배터리 시장은 LFP배터리를 주력으로 삼고 있는 중국 업체 CATL이 이미 시장을 석권하고 있기 때문이다.

 

 

배터리 3사의 NCM 배터리가 전세계적으로 꾸준히 인기를 끌고 있는 것은 높은 에너지 밀도를 보유하고 있기 때문이다. 그리고 주행거리가 긴 프리미엄급 전기차는 대부분 한국 배터리 3사의 NCM 배터리를 탑재한다.

 

그러나 ESS 분야는 전기차 배터리 설치 공간과는 달리 상대적으로 공간적 제약이 덜하다. 이와 함께 ESS는 최근 태양광, 풍력 등 신재생에너지 발전과 연계돼 설치되는 등 인기를 얻고 있다.

 

업계 관계자는 "일반적으로 태양광, 풍력 등 발전 시설은 넓은 부지에 공간적 제약 없이 설치돼 운영된다"며 "이에 따라 ESS는 넓은 부지를 최대한 활용해 큰 규모로 제작된다"고 설명했다. 그는 "이는 상대적으로 에너지 밀도가 낮지만 가격이 저렴한 LFP 배터리가 인기를 얻을 수 밖에 없다는 얘기"라고 덧붙였다.

 

정원석 하이투자증권 연구원은 "코발트 프리 배터리 제품 개발을 가속화해 중국 중심의 LFP 배터리를 확실하게 압도할 수 있는 기술력을 확보하는 것이 중요하다"고 강조했다.

 

업계 관계자는 "한국 배터리 기업이 코발트 프리 및 코발트 최소화 기술을 확보해 새로운 개념의 배터리를 생산해 나갈지 그렇지 않으면 LFP 배터리 생산설비 구축을 추진해 중국 기업과 정면 승부를 할지가 향후 국내 배터리 업계의 미래 먹거리를 좌우하게 될 것"이라고 설명했다.