[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

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가수 휘성, 자택서 숨진 채 발견 [서울=뉴스핌] 양태훈 기자 = 가수 휘성(42·본명 최휘성)이 10일 서울 자택에서 숨진 채 발견돼 경찰이 수사에 나섰다. 서울 광진경찰서에 따르면 이날 오후 6시 29분께 휘성이 서울 광진구 소재 아파트에서 호흡이 없는 상태로 쓰러져 있다는 가족의 신고가 접수됐다. 출동한 소방당국은 현장에 도착했을 때 휘성이 이미 사망한 상태였다고 밝혔다. 가수 휘성. [사진=뉴스핌DB] 경찰 관계자는 "현재까지 외부 침입 흔적 등 타살 혐의점은 발견되지 않았다"며 "정확한 사망 시각과 유서 존재 여부 등 구체적인 사망 경위를 조사하고 있다"고 말했다. 경찰은 국립과학수사연구원에 부검을 의뢰해 정확한 사인을 규명할 예정이다. 한편, 휘성의 소속사 타조엔터테인먼트는 이날 "휘성이 서울 자택에서 심정지 상태로 발견된 후 사망 판정을 받았다"고 밝혔다. 소속사는 "갑작스러운 비보에 유가족을 비롯한 타조엔터테인먼트 동료 아티스트 및 임직원 모두 비통한 심정으로 고인을 애도하고 있다"며 "큰 충격과 슬픔에 빠진 유가족을 위해 확인되지 않은 루머와 추측성 보도는 자제해 주시길 간곡히 부탁드린다"고 당부했다. 휘성은 2002년 1집 '라이크 어 무비'로 데뷔해 '안되나요', '불치병', '결혼까지 생각했어' 등 다수의 히트곡을 발표하며 알앤비(R&B) 가수로 큰 사랑을 받았다. 윤하의 '비밀번호 486', 이효리의 '헤이 미스터 빅' 등의 작사도 맡았다. 소속사는 장례에 관한 내용은 추후 별도로 안내하겠다고 밝혔다. ※ 우울감 등 말하기 어려운 고민이 있거나 주변에 이런 어려움을 겪는 가족·지인이 있을 경우 자살예방 상담전화 ☎109 또는 자살예방SNS상담 "마들랜"에서 24시간 전문가의 상담을 받을 수 있습니다.dconnect@newspim.com 2025-03-10 21:27

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신지애, 135억 JLPGA 통산 상금 1위 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 올해로 프로 20년째를 맞이한 '골프 지존' 신지애(37)가 일본 여자 프로골프(JLPGA) 통산 상금왕이라는 또 하나의 금자탑을 세웠다. 신지애는 9일(한국시간) 일본 오키나와현 류큐 골프클럽(파72)에서 열린 JLPGA 시즌 개막전 다이킨 오키드 레이디스 골프토너먼트(총상금 1억2000만엔) 최종 라운드에서 3언더파 69타를 쳐 최종 합계 6언더파 282타로 공동 2위를 차지했다. 공동 준우승 상금 872만엔을 받은 신지애는 13억8074만3405엔(135억3708만원)을 쌓아 후도 유리(13억7262만382엔·일본)를 제치고 JLPGA투어 통산 상금왕에 올랐다. 이날 JLPGA 투어 300번째 출전 경기에 나선 신지애는 한때 공동 선두에 나서 개인 통산 66번째 우승과 JLPGA 투어 통산 31번째 우승을 바라보기도 했다. 후도가 총 495개 JLPGA 투어에서 거둔 통산 상금을 신지애는 300번째 경기에서 뛰어넘었다. 오는 10월 만 49세가 되는 후도는 JLPGA 투어에서 50승을 거둬 영구 시드를 지녀 대회 출전은 계속하고 있지만 컷 통과조차 버거워 그동안 상금을 거의 보태지 못했다. 이번 대회에서도 후도는 공동 83위로 컷을 통과하지 못해 신지애는 2라운드 컷 통과 뒤 이미 통산 상금왕을 예약했었다. 신지애. [사진 = JLPGA] 지난해 파리 올림픽 출전권을 따려고 미국여자프로골프(LPGA) 투어 원정에 많이 출전한 신지애는 올해는 그동안 숙원이던 JLPGA 투어 상금왕을 노리고 JLPGA 투어에 전념할 계획이라서 JLPGA 투어 통상 상금 1위는 당분간 독주할 전망이다. JLPGA 투어 통산 상금 3위는 586경기에서 13억1983만엔을 쌓은 전미정, 4위는 610경기에서 12억5661만엔을 벌어들인 이지희, 5위는 255개 대회에 11억엔을 번 안선주다. 이들은 최근 거의 대회에 나서지 않는다. 이날 우승컵은 쌍둥이 골프 자매 중 동생인 이와이 치사토가 차지했다. 지난달 혼다 LPGA 타일랜드에서 준우승을 차지한 이와이는 최종 합계 10언더파 278타로 2년 연속 우승했다. 쌍둥이 언니 이와이 아키에는 공동 7위(3언더파 285타)에 올랐다. 신지애는 타고난 재능에 부단한 노력과 뜨거운 열정을 더해 슬럼프 없이 20년 넘게 세계 여자 골프계를 주름잡고 있다. 2006년 KLPGA투어로 프로 생활을 시작해 2009년 미국여자프로골프(LPGA) 투어에 진출해 활약했고, 2014년 JLPGA투어로 활동 무대를 옮겼다. 신지애. [사진 = LPGA] 미국여자프로골프(LPGA) 투어 11승, 레이디스 유러피언 투어 6승, JLPGA 투어 30승, KLPGA 투어 21승, 호주여자프로골프 5승을 거뒀고 레이디스 아시안 투어에서도 한 차례 정상에 올랐다. 이를 더하면 74승이 되지만 공동 주관 대회가 있기 때문에 통산 우승 횟수는 65승이다. 한국 남녀 골퍼를 통틀어 프로 대회 최다 우승 기록이다. 37세의 나이에 신지애가 리빙 레전드로 활약하는 원동력은 강한 멘털과 집중력이다. 지난해 메이저대회 AIG여자오픈에서 준우승하며 건재를 과시했고 생애 마지막이 될 가능성이 큰 파리 올림픽에 도전하기도 했다. 신지애는 올해도 일본뿐 아니라 호주, 대만에서 정상급 경기력을 뽐내고 있다. psoq1337@newspim.com 2025-03-09 14:52