전기차 원가 40%, 배터리 생산단가 낮춰야
고사양 배터리는 짐만
셀투팩, LFP‧코발트 프리‧하이망간 양극재 채택 등 기술 개발
[서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = 전기차의 1회 충전 당 최대 주행거리 목표는 얼마일까?
"BMW가 최근 전기차의 주행거리를 600km 이상 늘리는 건 배터리 비용과 무게만 늘어 비효율적이며 그 보다는 충전 인프라 확대를 통해 충전을 원활하게 할 수 있다면 그게 더 낫다고 발표했다. 현대자동차도 같은 고민을 하고 있다고 한다".
김대기 SNE리서치 부사장이 SNE리서치가 13~14일 양일간 서울 강남구 코엑스에서 온·오프라인으로 개최한 'KABC(Korea Advanced Battery Conference) 2021'에서 연사로 나서서 한 발언이다.
'전기차 기술 개발=주행거리 증대'로 여겨졌던 공식이 깨지고 있다. 내연기관차를 대체하고 전기차를 확대하기 위한 주행거리 증대에 매진해 온 완성차 OEM과 배터리 업체들이 원가절감으로 중심축을 옮기고 있다.
세계 각국이 2년내 전기차 구매 보조금 폐지를 예고하면서 완성차 OEM과 배터리 업체들이 분주해졌다. 주행거리는 삼성SDI의 젠5(주행거리 600km) 등 내연기관차와 비슷한 수준까지 올라셨다. 반면 전기차 가격은 아직 보조금 없이는 내연기관차와 비교해 가격경쟁력을 갖추지 못한 상황이다.
전기차 가격을 낮추기 위해서는 전기차 생산원가의 40%를 차지하는 부품인 배터리 생산 비용 절감이 핵심 과제다. 양일 간 진행된 컨퍼런스에서는 이를 위한 업계의 다양한 시도와 고민들이 보고됐다.
우선 리튬인산철(LFP) 배터리 채택이다. LFP배터리는 인산과 철을 양극재로 이용하는 이원계 배터리로 국내 업체들이 주력으로 하는 NCM(니켈·코발트·망간) 배터리에 비해 에너지 밀도가 낮아 비효율적이라는 단점이 지적돼 왔다. 하지만 원가가 저렴하고 화재로부터 안전성이 높다는 장점도 있다.
최근 LG에너지솔루션과 SK이노베이션이 관심을 보이면서 두 회사가 중저가 전기차용 배터리 개발로 시장을 확대하려는 것 아니냐는 해석이 나왔다. 하지만 LFP와 NCM을 함께 채택한 하이브리드셀 방식도 있다. 이 경우 LFP와 NCM의 장점을 살려 중저가에 그치지 않고 고급형 전기차에도 사용가능할 것이란 기대다.
김대기 부사장은 "중국 전기차 스타트업인 웨이라이(NIO)가 'NIO ES6' 모델에 LFP와 NCM을 함께 사용한 하이브리드 셀 배터리 팩을 채택했다"고 소개했다.
다만 최근 LFP 가격이 오르고 있는 점은 고민거리다. 김광주 SNE리서치 대표는 "양극 활물질 원가가 1년 전보다 NCM은 16%, LFP는 33% 상승했다"고 말했다.
LFP에 관심을 두지 않는 삼성SDI는 다른 길을 모색하고 있다. 각형 배터리의 셀을 다양하게 변형하거나 원통형 배터리를 확대하는 방안을 통한 원가절감 기술 개발에 나섰다.
고주영 삼성SDI 중대형마케팅 상무는 "각형 배터리의 장점은 단위 셀의 용량을 키울 수 있다는 점"이라며 "안전성을 확보하면서 배터리셀의 길이와 두께, 높이를 변경해 용량을 키우면서 최적화 지점을 찾겠다"고 말했다.
배터리는 셀-모듈-팩 형태로 조립된다. 단위 셀의 용량을 늘리면 모듈이 감소하게 된다. 이에 따라 셀과 셀을 연결하는 부품, 모듈 플라스틱, 공정비 감소 등에 다른 비용절감을 기대할 수 있다. 배터리 업계 한 관계자는 "모듈을 아에 없앤 셀투팩(CTP, Cell To Pack) 기술로 가는 것으로 제조원가가 20%는 절감된다"면서 "중국업체 BYD의 블레이드 배터리가 채택한 것"이라고 말했다
BYD의 블레이드 배터리는 칼날(블레이드)처럼 얇고 긴 배터리 셀을 여러개 넣어 배터리팩을 만드는 방식으로 조립됐다.
삼성SDI는 용량을 늘린 원통형 배터리도 개발하고 있다. 현재 원통형 배터리 주류는 1865(지름 18mm, 높이 70mm), 2170인데 미국 전기차 업체 테슬라가 지난해 배터리데이에서 원가절감을 위해 기존 원통형배터리보다 직경을 2배 이상 늘린 4680을 내년까지 자체 생산하겠다는 계획을 내놨다. 최근에는 BMW도 향후 원통형 배터리를 채택하겠다고 발표했다.
업계 안팎에서는 BMW와 긴밀하게 협력해온 삼성SDI가 차세대 전기차용 원통형 배터리도 개발을 담당하지 않겠냐고 관측하고 있다. 삼성SDI는 현재 미국 전기차 스타트업 루시드 모터스와 리비안에 2170을 생산, 공급하고 있다.
이 밖에 코발트-프리(free), 하이망간 양극재 등 희귀 금속을 사용하지 않거나 줄이는 방식의 기술 개발에도 매진하고 있다. 코발트 프리는 니켈, 코발트, 망간 등을 사용하는 삼원계 리튬이온 배터리에서 코발트를 완전히 없앤 것으로 지난해 테슬라가 '배터리데이'에서 개발을 선언한 바 있다.
이는 전기차 생산이 증가하면서 배터리 소재로 사용되는 리튬과 니켈, 코발트 등 원자재 가격이 1년새 수배 이상 오르면서 배터리 원가절감에 장애물로 작용하는데 따른 것이다.
최영민 LG화학 전지소재개발센터장은 "2025년까지 코발트 프리 양극재를 개발할 것"이라고 말했다.
한편, 전기차의 상용화를 위해 주행거리‧원가절감 외에 여전히 해결되지 않은 과제가 남았다. 충전시간 문제다.
배터리업계의 한 관계자는 "충전시간 문제는 아직 풀지 못한 과제"라며 "내연기관차는 주유에 1분도 걸리지 않지만 전기차는 여전히 30~40분이 소요된다"고 말했다.
yunyun@newspim.com
