전기차 EV 배터리 종류

이전 포스팅에서 글로벌 전기차 EV 배터리 산업에 대한 시각을 이야기 했었는데 핵심은 결국 배터리 원자재가 될 것이고 이 자원이 한정 된 국가에서 생산할 수 있으며 결국 그 원자재 보유 국가의 경쟁력으로 나타날 것이라고 했고 배터리가 결국 전기차 수요에 따라 앞으로 더 큰 산업을 성장 할 수 밖에 없으며 기술 개발로 화재 등의 위험과 장거리를 주행할 수 있는 성능, 그리고 생산성 향상에 따른 제조 원가 하락이  발생할 것이라고 했었다. 

이번은 마지막 배터리에 대한 이야기로 많은 일반인들이 배터리의 종류가 많은지? 현재 내가 타고 또는 구매할 전기차에 배터리는 좋은 것인지? 아니면 모든 전기차의 배터리는 동일한 것인지? 계속 궁금증이 생길 것이기에 이번에 정리하고 마무리 하고자 한다. 

배터리의 종류 및 특징 

우선 전기차 EV 배터리는 2차 전지 형태로 방전 시 다시 충전하여 사용 할 수 있는 것을 말한다. 또한 앞서 설명 했던 배터리 구조 상 양극재와 음극재, 가운데 전해질 및 분리막이 있는데 양극재로 사용 되는 리튬이온의 경우 방전 시 음극에 위치하고 충전 시 양극에 위치하게 된다. 

배터리는 사용 되는 양극재에 따라 구분이 되는데 크게는 NCM, LFP  로 나뉘고 각각 에너지밀도, 안정성, 원가 등의 차이를 갖게 된다. 각 알파벳은 각 금속의 이니셜로 NCM은 니켈Ni, 코발트Co, 망간 Mn이고 LFP는 리튬 Li, 철 Fe, 인산 P이다. 

앞서 언급 했던 이 배터리 시장은 중국, 한국, 일본 등에서 전 세계 Top 5 회사를 보유하고 있고 주로 한국은 NCM, 중국은 LFP를 생산해 왔지만 결국 원자재 가격을 고려한 LFP를 생산하는 방향으로 전환하려고 하고 있다. 두 배터리 종류는 각각 특징을 갖고 있는데 NCM의 경우 안정성과 에너지 밀도가 높고, LFP의 경우는 안정성은 더 높지만 에너지 밀도가 낮은 단점이 있다. 하지만 이 단점을 넘어 서는 장점으로 저렴한 가격이 있고 수명까지 더 길어 제조 경쟁력 측면에서는 LFP가 좋을 수 밖에 없는 것이다. 

사실 배터리는 온도에 매우 취약한데 특히 겨울 같은 날씨에 전해질이 얼게 되면 리튬 이온 통로에 문제가 생겨 충전 속도 등이 너무 느려지게 된다. 최근 배터리 충전 기능에 프리 컨디셔닝 (Pre-conditioning) 기능으로 예열을 통해 전해질 활동성을 높이고 충전 하는 것이다. 배터리의 경우 급속 충전 방식을 많이 선호 하는데 문제는 완만한 충전을 하게 되면 서서히 음극으로 리튬 이온이 완전히 이동하는 반면 급속 충전 시 일부 잔상과 같이 음극에 리튬 이온이 일부 잔류하게 되어 수명이 낮아 지게 되는 문제가 있다. 

현재 NCM, LFP의 적용 대상을 구분한다면, 예를 들어 가격은 높지만 사용 시간이 길어 NCM의 경우 고급 자동차에 사용 되고, LFP는 상대적으로 사용량이 짧지만 저렴한 가격과 긴 수명으로 보급형 전기차에 주로 사용하게 되는 것이다. 

사실 내연 기관차를 전기차로 전환하려면 우선 가격 부터 해결해야 하는데 현재 정부에서 책정 된 보조금 없이는 가격이 너무 부담스러운 것도 사실이다. 따라서 이 제조 원가를 줄여 고객 구매 부담까지 덜 수 있는 LFP 배터리가 시장을 계속 키워 나가고 있는 실정이다. 

앞으로 한국의 경우도 기아차 중 가장 많은 판매량을 기록하고 있는 소형 레이(
Ray)를 전기차 (EV)로 생산 할 예정이고 배터리도 보급형에 맞춰 LFP를 선택하였다. 

전고체 배터리와 M3P 배터리 

전고체 배터리의 경우는 지난 포스트에서 화재 사고 및 높은 에너지 밀도로 리튬이온이 이동하는 경로에서 전해질의 경우 액상이기 때문에 부피가 커질 수 밖에 없지만 전고체의 경우 밀도가 매우 높아 부피는 더 작아질 수 있다. 

M3P 배터리는 기존 이원계 LFP 배터리에 삼원계인 NCM(니켈·코발트·망간) 배터리의 장점을 혼합한 것. 정확한 성분을 밝히지는 않았지만, 업계에서는 LFP 배터리에서 철을 빼고 망간과 아연, 알루미늄 등을 혼합해 적용한 것으로 판단 하고 있다. 
에너지 밀도가 높고 제조원가가 낮아서, 성공적으로 적용될 경우 중저가 시장에서 큰 변화를 일으킬 수 있을 것으로 보인다. 

배터리 신규 비즈니스 들 

배터리는 결국 충/방전을 반복 하면서 노후로 인한 교체가 필요하게 되는데 라이프 사이클 측면에서 배터리를 재활용 할 수 있도록 고민해야 한다. 폐 배터리의 경우 재활용 할 수 있는 방법이 계속 연구 중이기 때문에 이 시장 또한 지속 성장 할 수 밖에 없을 것이다. 

또한 이런 배터리 재활용 비즈니스 또한 원자재 가격이 상승하게 되면 결국 재활용 할 수 밖에 없는 분기점이 될 수 있다. 

오늘은 짧게 나마 전기차 EV 시장의 배터리에 대해 이야기 했다. 앞으로 어떻게 시장이 흘러 갈까?에 대한 질문을 남겨 놓고 글을 마치고자 한다. (결국 조만간 강제로 내 차 팔고 의무적으로 전기차 EV로 바꾸겠지…)

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