한국재난안전뉴스 최종걸 선임기자 | 경원엔터프라이즈(회장 김희정)는 최근 국가인증기관인 한국화학융합시험연구원에서 자사의 2차전지 기술을 2개월에 거친 성능시험 결과, 기존 2차전지 배터리인 LFP(리튬·인산·철)보다 성능면에서 14%나 높은 고에너지밀도배터리 기술을 확보했다고 1일 밝혔다.

한국화학융합시험연구원의 성능시험 결과에 따르면, 경원엔터프라이즈가 개발 2차전지의 충전ㆍ방전용량이 기존 중국 전지보다 12~13%, 밧데리 성능은 14% 향상됐다. NCM(니켈·코발트·망간) 전지 대비, LFP 전지의 성능이 80%정도에 못미쳐 가장 큰 약점으로 지적돼 왔지만 경원엔터프라이즈가 개발한 밧데리 성능이 기존 LFP보다 14% 향상된 94% 수준을 나타냈다는 것이다. NCM 양극재는 니켈(nickel), 코발트(cobalt), 망간(manganese)을 원료로 활용한 하이니켈 양극재를 말하며, LFP 양극재는 리튬인산철 양극재로 보급형 전기차 등에 주로 활용하는 소재를 뜻한다.

이같은 수치는 중국이 20년 동안 80% 수준에 머물렀다는 사실을 고려하면 놀라운 결과라고 평가했다. 특히 NCM 전지 대비, 가격도 30% 저렴한데다 수명도 두 배에 달하며, 폐전지 재생기술도 확보한 만큼 세계 전기자동차 시장 외 고(高)에너지 저장설비에도 다양하게 활용할 수 있을 것이라는 평가다.

LFP 배터리 전세계 점유율은 지난해 기준 약 32~36%로, 60% 이상인 리튬이온 삼원계(NCM·NCA·NCMA) 배터리보다 낮지만, 오는 2024년에는 삼원계를 추월할 것이라는 전망이 나오는 가운데 국내 강소기업이 자체기술로 LFP고도화 기술를 확보한 것이어서 주목된다.

현재 전 세계 전기자동차 배터리 시장 점유율을 보면 한국의 LG에너지솔류션, SK온 그리고 삼성SDI 등이 양산중인 NCM 배터리가 60%로, 중국 배터리업체 CATL과 BYD의 32-36%에 비해 앞서고 있다. 하지만 NCM 성분중 코발트 등 원자재가격 급등에 따라 원가부담을 안고 있다는 게 업계 지적이다.

국내 배터리업계는 LFP 배터리의 에너지 밀도가 낮아 주행거리가 짧다는 단점 때문에 NCM 방식을 고수했지만, 원자재 가격 급등이 발목을 잡고 있고 있는 상황이다. 이 때문에 국내 업계에서도 배터리 가격을 낮추기 위한 후속 연구에 박차를 가하고 있는 가운데 국내 강소기업의 배터리 성능 개선을 위한 실험결과가 나왔다.

전기자동차 시장이 제일 큰 중국과 미국 테슬라가 중국제 전기배터리인 LFP를 장착함에따라 생산량을 늘릴 경우, 이 시장은 자연스럽게 커질 수 밖에 없다는 전망이어서 국내 시장도 가격 경쟁력을 확보하기 위한 연구개발에 박차를 가해왔다.

원자재값 상승으로 글로벌 완성차업체들이 값싼 LFP 배터리를 선호하는 현상이 확대되자, LFP 배터리에 대응하기 위해 '코발트 프리'(Cobalt free) 배터리를 개발하고 있는 것으로 알려졌다. 배터리 원자재 중 가장 값이 비싼 코발트를 빼고, 망간이나 니켈 비중을 높여 배터리 가격 경쟁력을 높이겠다는 것이다.

관련업계에 따르면, LG에너지솔루션의 모기업인 LG화학은 배터리 양극재에서 코발트를 빼고 니켈 비중을 높인 '니켈리치'(하이 니켈) 배터리를 개발해 오는 2024년 출시할 예정이다. 삼성SDI도 지난달 28일 1분기 컨퍼런스콜에서 삼원계 배터리 양극재에서 비싼 코발트를 제외하고 니켈 비중을 높인 배터리를 개발하겠다고 했다. SK온도 '코발트 프리' 배터리를 개발 중이다. SK이노베이션은 지난달 29일 1분기 실적 컨퍼런스콜에서 "희귀한 코발트가 포함되지 않거나 적게 드는 배터리 제품 등 다양한 차세대 배터리 개발이 진행되고 있다"고 밝혔다.

중국이 주도하고 있는 LFP 배터리는 성능보단 원가 경쟁력 우위를 바탕으로 전기차 업체들이 선호해왔다. 테슬라는 2년 전부터 중국산 '모델3'에 중국 배터리업체 CATL의 LFP 배터리를 탑재한데 이어 지난해부터 미국산 보급형 모델3에도 적용하고 있다. 테슬라가 올해 1분기 생산한 전기차 50%에도 LFP 배터리를 탑재했다.

이 뿐만이 아니다. 세계주요 전기자동차 업체인 테슬라를 포함한 메르세데스 벤츠도 오는 2024-2025년부터 소형과 중형 전기차에 LFP배터리를 장착하겠다고 발표 한 바 있다. 이밖에 포드, 폭스바겐, 현대차, 스텔란티스 등도 중저가형 전기차에 LFP 배터리를 탑재할 계획이라고 한다.

이런 추세로 LFP 배터리 전 세계 점유율은 지난해 기준 약 32~36%로, 60% 이상인 리튬이온 삼원계(NCM·NCA·NCMA) 배터리보다 낮지만, 오는 2024년에는 삼원계를 추월할 것이라는 전망도 있다. 대만 시장조사업체인 트렌드포스는 최근 보고서에서 LFP 배터리가 2024년부터 전체 시장의 60%를 차지할 것으로 예상한 바 있다.

하지만 경원엔터프라이즈가 실증실험한 2차전지 성능 결과는 이 같은 판세를 뒤집을 수 있는 것이어서 향후 전기자동차 배터리 분야의 초격차기술에 주도권을 확보할 것으로 기대된다.

경원엔터프라이즈 기술을 적용할 경우 저렴한 원재료 원가와 전지제조비용(중저가 전기자동차용)이 가능하고, 리싸이클링이 용이할 뿐만아니라 원재료 국산화가 가능하다는 장점을 갖고 있다. 또한 NCM의 필수 소재인 니켈, 코발트, 망간 등 원재로값의 가격변동성에 따른 수급안정을 확보할 수 있다는 점이다.

한편 이 기술을 개발한 김희정 경원엔터프라이스 회장은 지난 1998년 아시아 최고 혁신 과학자상을 수상한데 이어 2005년부터 2차전지 세계특허 17건을 획득, 전고체 전지의 핵심기술도 이미 특허등록을 마친 상태이다. 이후 17년 동안 2차전지 성능을 지속 개선해온 끝에 이번 실증실험에서 인증받은 만큼 양산설비에 적용이 가능하다고 밝혔다.

김 회장은 “특허등록 이후, 17년 동안 2차전지 성능을 지속 개선시켜와서 현존하는 2차전지 기술 중 가장 앞서는 것은 물론 한국기업 최초로 당장 LFP 전지 양산설비에 적용 가능한 기술력을 보유하게 되었다”고 말했다. 먼저, 전기자동차의 주행거리를 높이기 위해 LFP 활물질 소재의 표면 개질기술과 전극 슬러리 현탁액 혼합기술 그리고 전해질 첨가제 개발, 구리ㆍ알루미늄 그리드 표면처리 기술 등을 독자개발 하여 전극 효율ㆍ결착력 증대는 물론 충전 용량, 저온 특성, 출력 특성을 대폭 개선했다는 것이다.

그는 “무엇보다도 5분 충전에 250Km 이상으로 주행거리를 늘릴 수 있는 급속충전이 가능한 핵심 요소기술을 보유했다”면서 “현재 사용되는 밧데리는 5분 충전에 주행거리가 100Km이하에 불과하다”고 지적했다. 이와 별도로, “NCM 2차전지의 문제점인 폭발 위험성, 열안정성 등 결점을 보완 한 기술을 이미 개발한데다, 꿈의 밧데리로 불리는 전고체 전지 핵심요소 기술도 개발 완료하였다“고 덧붙였다.

김 회장은 “이번 실증실험의 경우 기존 LFP배터리의 단점인 낮은 에너지밀도(주행거리)의 문제점을 해결할 수 있는 전극활물질 로딩량 증대기술, 배터리 성능향상기술, 배터리 양산제조기술, LFP 활물질 제조기술 모두를 확보한 것이어서 이 시장을 주도할 수 있다“고 덧붙였다. 이를 바탕으로 “현재 유럽 2개국 및 국내 밧데리사와 기술제휴를 검토 중”이라고 밝혔다.