[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

LH, 올 매입·전세임대 9만가구 공급 [서울=뉴스핌] 최현민 기자 = 한국토지주택공사(LH)가 올해 총 19만가구 이상의 공공주택과 2만8000가구 규모 공공택지 공급에 나선다. 또 건설경기 회복을 위해 21조6000억원의 투자를 집행하고 재원조달 방식 등을 다양화해 재무여건 체질을 개선한다. 한국토지주택공사(LH)가 올해 21만 8000+α가구 규모의 주택 공급에 나선다. 사진은 이한준 한국토지주택공사(LH) 사장이 5일 서울 종로구 국립현대미술관에서 열린 서계동 복합문화단지 조성사업 업무협약식에서 인사말을 하고 있는 모습 [사진=뉴스핌DB] 23일 한국토지주택공사(LH)는 이같은 내용을 담은 '2025년도 업무계획'을 발표했다. 우선 핵심 업무인 주택 공급에 집중한다. 10만가구 사업승인과 매입·전세임대 9만가구 등 총 19만가구 이상의 공공주택을 공급한다. 동시에 민간 주택건설 활성화를 위해 2만8000가구 규모의 공공택지를 조성한다. 주택 착공물량은 지난해(5만가구) 대비 20% 증가한 6만가구를 추진하고 지난해 8·8 주택공급 활성화 방안에 포함된 서울서리풀 등 5만가구 규모의 사업지구 역시 인허가 일정을 최대한 단축해 안정적 공급 기반을 마련할 계획이다. 도심 내 신속한 주택공급과 비아파트 시장 정상화를 위해 신축매입임대 5만가구 이상을 공급하고 전세사기 피해자 회복 지원을 위해 피해 주택 7500가구를 매입한다. 올해 주택 승인물량의 37%를 청년·신혼·고령자에게 공급하고 출산가구 우선공급(통합공임)과 실버스테이 등 새로운 유형의 시니어 주택을 통해 가속화되는 저출산·고령화 문제에도 적극 대응할 계획이다. 아울러 쪽방·고시원·반지하 거주자의 주거 상향 지원을 지속하고 예술인 등 다양한 수요층에 부응한 특화형 매입임대도 확대한다. 공공주택은 합리적 가격의 고품질을 보장한다. 무엇보다 최근 급등한 주택 분양가격을 낮춰 국민들의 내 집 마련을 돕는다. 이를 위해 사업지구별 목표 원가를 설정해 관리와 검증을 강화하고 가처분면적 확대와 사업일정 단축으로 조성원가를 인하해 합리적인 가격에 공급한다는 계획이다. 공공주도의 기술개발을 통해 민간기업을 선도할 수 있도록 모듈러주택 표준평면 개발 등 OSC 공법을 올해부터 단계적으로 고도화하고 LH가 개발한 층간소음 1등급 설계기준과 국내 최대규모의 층간소음 시험시설(데시벨35랩)을 활용해 주택 품질 혁신을 추진한다. 관련 예산은 조기 집행한다. 전체 공공기관 투자계획(66조원)의 33% 수준인 21조6000억원을 차질 없이 집행할 계획이다. 특히 상반기 역대 최대 규모인 57% 이상의 투자를 집행한다. 지역 건설경기 회복을 위해 지방 준공 후 미분양 아파트 3000가구를 매입하고 1기 신도시 특별정비계획 수립, 용인 반도체 국가산단 조성 등도 차질없이 추진한다. 손실 최소화 등 재무여건을 안정적으로 관리하기 위해 재원조달 방식도 개선한다. 광명시흥 등 대규모 사업지구에 LH와 기금이 함께 출자하는 신도시 리츠를 설립해 사업에 따른 재무부담을 완화한다. 또 토지 패키지형 공모 등 지구별 특성과 시장 여건에 맞춘 다양한 매각 방식을 도입해 판매여건 개선과 대금 회수를 촉진할 예정이다. 이와 함께 임금 직접지급 관리를 강화하고 설게 등 공모에 참여하는 외부 심사위원의 정성평가 비중을 축소해 업체 선정의 공정성을 제고한다. 이한준 LH 사장은 "국민의 삶과 국가 경제가 어려운 만큼, 올해도 신속한 주택공급과 투자집행 등 LH가 맡은 역할을 충실히 이행할 것"이라며 "선도적인 공적 역할을 통해 확실한 정책성과를 창출하여 국민 주거안정을 지원하고 국가 경제회복의 마중물 역할을 다하겠다"고 말했다. min72@newspim.com 2025-02-23 20:07

사진

헌법재판관들 "공정" 49.3% "불공정" 44.9% [서울=뉴스핌] 이바름 기자 = 윤석열 대통령의 탄핵 심판을 맡은 헌법재판관들의 공정성을 묻는 질문에 '공정하다' 49.3%, '공정하지 않다' 44.9%로 팽팽했다. 종합뉴스통신사 뉴스핌이 미디어리서치에 의뢰해 지난 18~19일 전국 만 18세 이상 남녀 1000명을 대상으로 진행해 20일 발표한 ARS(자동응답 시스템) 조사에서 윤 대통령 탄핵 심판 헌법재판관들의 공정성을 묻는 질문에 49.3%가 '공정하다'고 응답했다. '불공정하다'는 답변은 44.9%로 오차범위 내였다. 5.8%는 '잘모름'이었다. 연령별로 보면 30·40·50대는 '공정'이 우세했고, 만18세~29세·60대·70대 이상은 '불공정' 응답이 많았다. 만18세~29세는 공정하다 44.7%, 불공정하다 47.8%, 잘모름은 7.5%였다. 30대는 공정하다 52.2%, 불공정하다 40.4%, 잘모름 7.3%였다. 40대는 공정하다 61.3%, 불공정하다 34.8%, 잘모름 3.9%였다. 50대는 공정하다 61.3%, 불공정하다 35.2%, 잘모름 3.6%였다. 60대는 공정하다 40.7%, 불공정하다 53.8%, 잘모름 5.5%였다. 70대 이상은 공정하다 31.6%, 불공정하다 60.4%, 잘모름은 8.0%였다. 지역별로는 서울과 경기·인천, 광주·전남·전북은 '공정'으로 기울었다. 대전·충청·세종과 강원·제주, 부산·울산·경남, 대구·경북은 '불공정'하다고 봤다. 서울은 공정하다 52.9%, 불공정하다 41.5%, 잘모름 5.6%였다. 경기·인천은 공정하다 50.8%, 불공정하다 44.0%, 잘모름 5.1%였다. 대전·충청·세종은 공정하다 41.8%, 불공정하다 50.7%, 잘모름은 7.4%였다. 강원·제주는 공정하다 44.6%, 불공정하다 48.6%, 잘모름 6.8%였다. 부산·울산·경남은 공정하다 43.8%, 불공정하다 49.3%, 잘모름 6.9%였다. 대구·경북은 공정하다 37.7%, 불공정하다 56.4%, 잘모름은 5.9%였다. 광주·전남·전북은 공정하다 28.2%, 불공정하다 67.6%, 잘모름 4.2%였다. 지지정당별로는 더불어민주당 지지자들은 88.7%가 공정하다고 답했다. 반면 국민의힘 지지자들은 90.0%가 불공정하다고 응답했다. 조국혁신당 지지자들은 84.4%가 공정하다고 봤다. 개혁신당 지지자들은 공정하다 48.0%, 불공정하다 46.9%로 팽팽했다. 진보당 지지자들은 59.5%가 공정하다, 잘모름 27.0%, 불공정하다는 13.5%였다. 무당층은 51.8%가 공정하다, 32.9%는 불공정하다. 잘모름은 15.3%였다. 성별로는 남성 53.6%는 공정하다, 42.1%는 불공정하다였다. 여성은 45.1%가 공정하다, 47.7%는 불공정하다고 답했다. 박상병 정치평론가는 "우리사회의 마지막 성역이었던 헌법재판관의 양심까지도 공격하는 시대"라며 "대통령 탄핵 인용 또는 기각 이후 다음 정권에도 이러한 갈등은 더 심해질 것으로 예상한다"고 전했다. 김대은 미디어리서치 대표는 "지지층에 따라 서로 상반된 입장이 나오고 있어 향후 헌재에서 대통령 탄핵 기각과 인용중 어떠한 판결을 내리더라도 상당한 혼란이 있을 것으로 보인다"고 말했다. 이번 여론조사는 무선 RDD(무작위 전화 걸기)를 활용한 ARS를 통해 진행됐다. 신뢰 수준은 95%, 표본 오차는 ±3.1%p. 응답률은 7.2%다. 자세한 조사 개요 및 내용은 미디어리서치 홈페이지와 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지를 참조하면 된다. right@newspim.com 2025-02-20 11:00