리튬인산철 (LFP)배터리가 전기차 배터리 대세로 떠오른 이유는?

안녕하세요.

오늘은 전기차에 들어가는 필수요소인 배터리에 대해서 살펴보겠습니다.

여러분은 세계 1위 전기차 배터리 업체는 어디라고 생각하시나요?

삼성 SDI?, LG에너지솔루션?, SK온? 미국기업?

아닙니다.

정답은 중국 배터리 회사인 CATL 입니다.

위의 자료는 2020년 기준인데요 이때에는 2위인 LG에너지 솔루션과 별다른 차이가 나지 않았는데, 2년이 지난 2022년 에는 이미 LG에너지 솔루션을 한참 추월했습니다. 이것은 아마도 2023년에는 더 큰 차이를 보이지 않을까 싶은데요.

또한 4위 BYD 역시 중국 전기차 및 배터리 회사입니다.

 

K-배터리

한국 배터리 회사가 그래도 2위,5위,7위에 위치해 있는데요, 이렇게 세계적으로 뛰어난 이유는 경쟁력 있는 NCM 배터리 덕분입니다. 

NCM 배터리는 삼원계 배터리로 (니켈, 코발트, 망간)이 들어간 배터리를 말합니다.

보통 리튬이온배터리는 양극재, 음극재, 분리막등으로 이루어지고 삼원계 배터리는 니켈(Ni),망간(Mn), 코발트(Co)알루미늄(Ai)를 섞어 양극재를 만든것을 가리킵니다.

삼원계 배터리는 에너지 밀도가 높아 주행거리가 길고 배터리를 충전하는데 걸리는 시간이 짧다는 장점이 있습니다.

그러나 높은 가격과 낮은 안정성이 단점으로 꼽히고 있습니다.

 

중국 전기차 배터리

출처 - 게티 이미지 코리아

중국 전기차 배터리 업체인 CATL은 삼원계 배터리가 아닌 리튬,인산, 철을 사용한 LFP배터리라고 하는데, LFP배터리는 삼원계 배터리보다 밀도가 낮기 때문에 구식 배터리라는 이미지가 있습니다. 하지만 가격이 저렴하고 안정성이 높으며 수명이 길다는 장점을 가지고 있습니다. 반면 상대적 에너지 밀도가 낮아서 순간 출력이 약하다는 단점역시 있죠.

LFP 배터리?

LFP(Lithium Iron Phosphate) 배터리는 리튬, 인산, 철을 사용해서 만든 배터리를 의미합니다. 최근 LFP 배터리가 떠오르며 새로운 기술이 등장한 것이라 생각할 수 있지만, LFP 배터리는 이미 오래전 1996년 개발된 기술입니다.

구식 기술이라서 중국 업체를 제외한 모두가 외면했던 기술이었습니다. 

그래서 LFP 배터리는 중국 전기차 모델에 일부 적용되거나 대부분이 오토바이, 전기 킥보드등 전반적으로 저렴한 제품에 들어 갔습니다.

 

그러나 배터리 시장에 중요한 사건들이 발생하게 되는데, 

2021년 발생한 LG에너지 솔루션 배터리 연쇄 폭발 사고 입니다. 

현대의 코나EV, 쉐보레 볼트 EV, 등 국산 전기차 또는 수입 전기차 모두 연달아 폭발이 발생한 사건 입니다.

이거은 전기차 배터리 결함으로 LG에너지 솔루션은 수조원에 달하는 비용을 감당하며 리콜을 실시하여 막대한 피해를 입습니다. 

그러나 가장 중요한 문제는 정확히 밝혀진 원인이 존재하지 않는다는점과, NCM 배터리에 불안감이 더해지면서 전기차 업계의 시선은 자연스럽에 안전성이 높은 LFP 배터리로 눈을 돌리게 됩니다.

또한 원자재 가격의 상승으로 NCM배터리의 가격이 천정부지로 치솟자 비교적 값싼 LFP 배터리를 주목한점도 한 몫하게되었습니다.

 

품질면에서 NCM 배터리보다 LFP배터리가 더 뒤처진다고 평가돼 왔으나 기술의 진화로 에너지 밀도가 향상되고, 전 세계적 인플레이션으로 전기차 분야에서 가격 경쟁력이 중요해지면서 LFP 배터리를 탑재하는 글로벌 완성차 업체가 증가하고 있습니다. 

그 중 하나가 이번 중국공장에서 생산되는 '테슬라' 입니다. 이러한 시장 상황의 변화에 따라 한국 배터리 업계도 LFP배터리 개발에 뛰어들고 있습니다.

LFP 배터리의 장점

LFP 배터리의 장점은 안전성과 저렴한 가격입니다.

특히 LFP 배터리는 NCM 배터리 대비 약 30%가 저렴합니다. 따라서 저럼한 가격은 증가하는 전기차 시장에서 가격 경쟁에 우위를 선점할 수 있는 중요한 장점입니다.

 

테슬라는 모델 3에 LFP배터리를 탑재하여 중국에서 모델 3의 가격을 약 5만 위안 정도 저럼하게 출시하고, 폭스바겐 및 포드 전기차 역시 저렴한 모델에는 LFP 배터리를 탑재하였습니다.

 

또한 분자 구조가 안정적이라 NCM 배터리 대비 폭발의 위험성이 적습니다.

 

마지막으로 LFP 배터리는 열화 현상도 비교적 적어 충전과 방전이 많아도 배터리 용량의 감소가 적어 수명이 길다는 장점이 있습니다.

 

LFP배터리의 단점

단점은 뭐라해도 낮은 에너지 밀도 입니다.

LFP 배터리는 소재 특성 상 에너지 밀도가 약 160Wh/kg 정도로 알려져 있습니다. 라이벌인 NCM 배터리 밀도는 약1.6배 높은 250Wh/kg 입니다. 동일한 배터리 무게로 전기차의 주행거리는 NCM 배터리가 훨씬 오래 달릴 수 있습니다.

 

또한 NCM 배터리는 폐배터리를 리사이클링 할 수 있습니다. 하지만 LFP 배터리는 재사용이 불가능하여 환경을 오히려 해치는 주범이 됩니다.

 

 

마무리하며

오늘은 전기차에 들어가는 배터리에 대해서 알아보았는데요, 

여러분은 어떤 배터리가 더 좋아보이십니까?

앞으로의 시장은 또 어떻게 흘러갈지 궁금합니다. 같이 한번 지켜 보시죠

 

감사합니다.