[Tech 스토리] 전기차 배터리, '니켈 함유량' 경쟁…'하이니켈' 왜 뜨나

기사입력 : 2020년09월06일 09:32

최종수정 : 2020년09월06일 09:32

전기차 배터리에 니켈 함유량 높이는 '하이니켈' 기술 각광
고용량을 내는 만큼 안정성이 취약해 고도의 기술력 요구
국내 배터리 업체들, 앞선 기술력으로 세계 시장 선도

[편집자주] 기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 'Tech 스토리'라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 '힙(hip)' 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다.

[서울=뉴스핌] 구윤모 기자 = 1조1120억원.

정부가 내년도 전기자동차 보급과 충전 인프라 구축에 투자하기로 결정한 예산입니다. 하루에 100만원씩 사용해도 3000년이 넘게 사용할 수 있는 엄청난 규모입니다.

전기차 등 그린모빌리티는 정부의 주요 국정과제인 그린뉴딜사업 중에서도 핵심으로 꼽힙니다. 온실가스와 미세먼지 걱정 없는 지속가능한 친환경 교통체계 구축은 이제 선택이 아닌 필수가 됐죠.

자연스레 전기차의 심장이라고 할 수 있는 배터리에 대한 관심도 매우 높아졌습니다. 현재 LG화학과 삼성SDI, SK이노베이션 등 국내 기업들이 해외 시장에서 치열한 경쟁을 벌이고 있는데요. 배터리를 더욱 작고 가볍게, 그러면서도 용량은 크지만 안전하게 만들기 위한 기술 개발 경쟁도 한창입니다. 오늘은 배터리 기술의 핵심으로 떠오른 '하이니켈(High-Ni)'에 대해 알아보겠습니다.

[서울=뉴스핌] 구윤모 기자 = 리튬이온 배터리의 충전, 방전 원리 [사진=삼성SDI] 2020.09.04 iamkym@newspim.com

◆ 리튬이온 배터리의 원리는

하이니켈 기술을 알아보기 전에 우선 리튬이온 배터리의 작동 원리부터 알아보겠습니다. 리튬이온 배터리는 양극, 음극, 전해액, 분리막 이렇게 네 가지 요소로 구성됩니다.

리튬(Li)과 산소(O)가 만난 리튬산화물(Li + O)로 구성된 양극은 배터리의 용량, 사용시간에 영향을 끼칩니다. 흑연으로 구성된 음극은 양극으로부터 리튬이온을 받아 저장했다가 다시 방출하는 과정에서 전류를 흐르게 하는 역할을 합니다. 배터리 수명과 연관성이 큽니다.

전해액은 리튬이온이 이동할 수 있는 매개체이며, 분리막은 양극과 음극의 직접적인 접촉을 방지하는 역할을 합니다. 따라서 전해액과 분리막은 배터리의 안전성과 관련이 깊습니다.

양극에서 리튬이온과 전자가 각각 전해질과 도선을 통해 음극으로 이동하면 충전, 반대로 이동하면 방전이 됩니다.

현대자동차가 13일 경기도 현대모터스튜디오 고양에서 신차발표회를 열고 현대자동차의 첫 글로벌 소형 SUV '코나'를 선보이고 있다. /김학선 기자 yooksa@

◆ 배터리 성능을 결정하는 양극재

앞서 설명했듯, 양극은 배터리의 용량과 사용시간에 중요한 역할을 합니다. 양극소재를 어떻게 구성하느냐에 따라 전자의 수가 달라지고 배터리의 용량과 전압도 결정이 됩니다.

배터리의 양극에는 리튬산화물의 형태로 리튬이 존재합니다. 리튬산화물처럼 양극에서 배터리의 전극 반응에 관여하는 물질을 '활물질'이라고 하는데 여기에 도전제, 바인더가 결합된 합제를 알루미늄기재 양쪽에 바르면 양극이 구성됩니다.

리튬산화물과 결합해 배터리에 적합한 성능을 나타내는 활물질 종류는 크게 ▲LCO ▲NCM ▲NCA ▲LMO ▲LFP로 나뉩됩니다.

결합되는 금속 종류에 따라 특성도 달라지는데, Ni(니켈)은 고용량, Mn(망간)과 Co(코발트)는 안전성, AI(알루미늄)은 출력 특성을 향상시키는 역할을 합니다.

현재 생산되는 전기차는 NCA, NCM, LMO 양극 소재를 적절히 혼합해 사용되고 있습니다. LFP의 경우 안전성은 높지만 에너지밀도가 낮고 부피가 큰 데다 출력도 낮아서 중국을 제외한 대부분 업체에서 사용하지 않고 있습니다.

전기차 시장의 확대에 따라 양극재의 중요성이 높아지면서 시장도 급성장 하는 추세입니다. SNE리서치와 하나금융투자에 따르면 양극재 시장 규모는 올해 7조원에서 2023년 18조원 규모로 늘어날 것으로 전망됩니다.

[서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = 연간 누적 글로벌 전기차용 배터리 사용량 [사진=SNE리서치] 2020.09.01 yunyun@newspim.com

◆ 하이 니켈 기술 왜 뜨나

전기차에 주로 사용되는 배터리 양극 소재들을 살펴봤을 때 주목해야할 소재는 니켈입니다. 니켈 함유량을 얼마나 높이느냐에 따라 에너지 밀도가 결정되기 때문입니다. 니켈 함유량이 높아지면 더 많은 양의 리튬이온이 쉽게 왔다 갔다 할 수 있게 됩니다.

결국 니켈 비중이 높은 배터리를 전기차에 탑재할 경우 주행거리를 늘릴 수 있고, 동일한 용량의 배터리를 더 적은 무게와 작은 부피로 만들 수 있게 되는 것입니다.

또 가격 변동성이 크고 고가의 광물인 코발트 함량을 줄일 수 있어 업체 입장에서는 원가 경쟁력 확보에도 유리하다는 장점이 있습니다.

이처럼 장점이 많은 만큼 고도의 기술력이 요구됩니다. 니켈 함유량이 높을수록 많은 양의 리튬이온이 음극으로 이동하면 구조적으로 불안정해지는 문제가 발생합니다. 특히 원료 합성, 수분 제어 등 기술 난이도가 매우 높다고 하네요.

그럼에도 세계 시장에서 총성 없는 전쟁을 하고 있는 국내 기업들의 기술 개발은 지금 이 순간에도 계속되고 있습니다.

삼성SDI는 지난 2015년 니켈 함량 88% 이상의 하이니켈 NCA 양극 소재를 전동공구용 원형배터리에 적용했습니다. 또 내년부터 양산되는 5세대 전기차용 배터리에도 니켈 88%의 하이니켈 NCA 양극 소재를 적용할 계획을 밝혔습니다.

LG화학도 올해 니켈 70%, 코발트 10%, 망간 20%로 구성된 NCM712 배터리를 공급하고, 내년에는 니켈 비중을 85%이상으로 끌어올린 NCMA 배터리 양산을 목표로 하고 있습니다.

SK이노베이션 역시 NCM811(니켈 80%, 코발트 10%, 망간 10%) 양극재를 적용한 배터리를 2016년 세계 최초로 개발해 2018년부터 양산 중입니다. 또 지난해에는 NCM9 1/2 1/2(니켈 90%, 코발트 5%, 망간 5%) 양극재를 채택한 배터리 개발도 세계 최초로 성공했습니다.

iamkym@newspim.com

사진

외교부 1차관 인사 충격파 [서울=뉴스핌] 유신모 외교전문기자 = 국장급에서 일약 차관으로 직행한 박윤주 외교부 1차관 임명에 외교부가 술렁이고 있다. 외교부 조직과 인사를 총괄하는 책임자인 1차관에 현재 실장급(1급)보다 후배 기수인 박 차관을 전격 기용한 배경을 놓고 설왕설래 중이다. 이번 인사는 파격을 넘어 충격에 가깝다. 박 차관은 전임 김홍균 1차관보다 외무고시 기수로 11기 아래이며 나이도 9살이나 어리다. 박 차관이 미국 관련 업무를 오래했다고는 하나 본부 주요 국장도 거치지 않았고 공관장도 특명전권대사가 아닌 총영사를 지냈다. 기수나 나이, 경력 모든 면에서 전례가 없는 인사다. [서울=뉴스핌] 이길동 기자 = 박윤주 신임 외교부 1차관이 11일 오전 서울 종로구 외교부에 첫 출근을 하고 있다. 2025.06.11 gdlee@newspim.com 퇴직한 외교관 출신의 한 인사는 "차관이 실장보다 후배였던 경우는 외교부 역사상 한 번도 없었다"면서 "이 정도 인사면 조직에 미치는 영향이 만만치 않을 것"이라고 말했다. 전남 보성 출신인 박 차관은 민주당 정부에서 요직을 거쳤다. 노무현 정부 출범 때 정권인수위원회를 거쳐 이종석 당시 청와대 국가안전보장회의(NSC) 사무차장 밑에서 일했다. '자주파·동맹파 파동'으로 외교부 북미국장에서 물러난 위성락 현 국가안보실장도 당시 NSC에서 함께 일했으며, 위 실장이 주미 대사관 정무공사일 때도 워싱턴 공관에서 함께 근무했다. 문재인 정부 들어 북미국 심의관과 인사기획관을 거쳐 애틀랜타 총영사로 임명됐지만, 1년여 만에 윤석열 정부 출범과 함께 교체됐다. 외교부가 술렁이는 이유는 단순히 의외의 인물이 발탁됐기 때문만은 아니다. 박 차관 임명이 의미하는 것이 무엇인지에 대한 불안감이 있다. 전례없는 파격 인사로 조직에 충격을 가하고 강도 높은 조직 개편과 체질 개선을 추진하기 위한 인사가 아니냐는 관측이 나오고 있다. 외교부는 민주당 정부가 집권했을 때마다 개혁의 대상이었으며, 실제로 외교부를 '손보려는' 시도도 자주 있었다. 노무현 정부때는 중앙인사위원회·행정자치부 출신의 차관을 임명해 조직 개편을 시도했고, 문재인 정부 때는 주미 대사관의 한·미 정상통화 유출사건을 계기로 외교부 내 '친미 라인'을 제거하기 위해 과도한 징계를 가해 물의를 빚은 적도 있다. 외교부의 한 중견 간부는 "이번 차관 인사가 태풍의 전조일지도 모른다는 불안감이 외교부 내에 있는 것이 사실"이라며 "박 차관 임명이 조직에 활력을 불어넣는 신선한 충격으로 작용하기를 바란다"고 말했다. opento@newspim.com 2025-06-11 16:23

사진

[이재명의 사람들]김현지 총무비서관 [서울=뉴스핌] 지혜진 기자 = 이재명 정부가 출범한 지 1주일이 지난 가운데 비서실장을 비롯해 수석비서관급 인선도 추가로 이뤄지고 있다. 현재까지 드러난 이재명 대통령 인선의 핵심은 '실용'이다. 인수위원회 없이 출발해야 하는 정부인 만큼 기존에 손발을 맞춰온 인사들을 적극적으로 등용하는 모습이다. 특히 이 대통령이 경기 성남시장, 경기도지사 때부터 호흡을 맞춰온 성남·경기라인 인물들은 정부 요직에 내정됐다. 대표적인 인물이 총무비서관으로 내정된 김현지 전 보좌관이다. 이 대통령의 최측근 중 한 명으로 꼽히는 김 전 보좌관은 이 대통령이 성남시장이던 때 시민운동을 하면서 인연이 닿았다. 대학 졸업 직후인 1998년 당시 변호사이던 이 대통령이 설립을 주도한 성남시민모임에 합류했으며 이곳에서 집행위원장, 사무국장 등을 거쳤다. 이 대통령이 정치를 결심하게 된 계기가 됐던 성남시립병원 설립 운동도 함께했다. 성남시립병원추진위원회에서 사무국장을 역임한 것. 이후 이 대통령이 성남시장에 당선된 후에도 시민운동에 방점을 찍었다. 그는 2011년 성남 지역에서 활동하는 환경·도시 전문가 등이 주축이 된 민관 협력 기구 '성남의제21'에서 사무국장으로 활동했다. 그러다 이 대통령이 2018년 경기도지사에 당선된 후에야 도청 비서관직을 맡으며 본격적으로 이 대통령을 보좌하기 시작했다. 김 전 보좌관은 '그림자 보좌'로 유명하다. 본인이 전면에 나서지 않는 성향이다. 시민운동가로 활동할 때는 지역 언론 인터뷰에도 응하는 등 적극적인 모습을 보였으나 이 대통령이 국회에 입성한 이후에는 언론 노출을 지양해왔다. 또한 김 전 보좌관은 이 대통령에게 직언을 아끼지 않는 것으로 알려졌다. 당 관계자는 "김 전 보좌관은 리스크 관리를 중요시하는 사람이다. 문제가 될 만한 것들은 사전에 차단하려고 하고 조심성이 강하다"고 했다. 이 대통령의 최측근으로 꼽히던 정진상 전 당대표실 정무조정실장과 김용 전 민주연구원 부원장이 각각 대장동 사건과 불법 정치자금 수수 혐의 등으로 사법리스크에 휘말리면서 당직을 내려놓은 영향도 있다. 김 전 보좌관이 정 전 실장과 김 전 부원장의 자리를 대체했다는 이야기도 있었다. 김 전 보좌관이 맡게 될 대통령실 총무비서관은 대통령실 예산을 총괄하는 직책으로 공무원 직제상 1급에 해당한다. 특히 대통령실 2급 이하 행정관 등 실무진 인사에 관여할 수 있다. 이 대통령은 수석급 인선에는 강훈식 비서실장, 우상호 정무수석, 강유정 대변인 등 비교적 친명(친이재명) 색채가 옅은 통합형 인재를 등용하는 한편 실무라인에는 김 전 보좌관처럼 오랜 기간 손발을 맞춰온 '복심'들을 배치하고 있다. 대통령실 1부속실장에 내정된 김남준 전 당대표 정무부실장, 의전비서관의 권혁기 당대표 정무기획실장, 인사비서관의 김용채 전 보좌관 등이 대표적이다. 원외에서 이 후보를 후방지원한 더민주전국혁신회의 핵심인물들도 이재명 정부에서 주요 역할을 할 것으로 보인다. 윤용조 혁신회의 집행위원장은 대통령 국가안보실 비서관으로 배치될 가능성이 크다. 강위원 혁신회의 상임고문은 전남 경제부지사에 내정된 것으로 확인됐다. 내년 지방선거를 앞두고 새 정부와 더 긴밀히 호흡을 맞출 수 있는 점을 고려한 것으로 보인다. heyjin@newspim.com 2025-06-11 17:10