[서울=뉴스핌] 신수용 기자 = 단결정 양극재 상용화 시점을 두고 배터리 소재사 사이 경쟁이 가속화되고 있다. LG화학, 에코프로비엠과 엘앤에프 등 다수의 기업이 '최초 양산' 타이틀을 놓고 씨름하고 있다.

양극재는 전기차 배터리 원가에 40% 이상을 차지하는 핵심 소재다. 현재 시장에서 주류인 다결정 양극재에 비해 단결정 양극재는 내구성과 안전성이 높은 차세대 소재로 주목받고 있다.

완성 단계에 접어든 양극재가 포스코퓨처엠 광양공장 소성로 위에 놓여 있다. [사진=포스코퓨처엠]

11일 업계에 따르면 LG화학과 에코프로비엠, 엘엔에프, 코스모신소재 등이 단결정 양극재 개발 완료 단계로 상용화 준비 과정에 있다.

층층이 쌓인 구조의 다결정 양극재는 충·방전 과정에서 미셔 균열이 발생한다. 이 같은 과정이 자주 반복될 경우 부서져 불순물이 생기고 배터리 효율이 감소된다. 이같은 현상은 니켈 함량이 높을 수록 심화된다.

단결정 양극재는 여러 금속을 단일 입자화해 쉽게 부서지지 않아 잔해물과 불순물 잘 생기지 않아 배터리의 수명과 용량을 늘리는 장점을 지녔다.

가스 발생량이 다결정 양극재 보다 적어 배터리 내부가 부풀어 오르는 스웰링(Swelling) 현상이 적어 화재 발생 가능성을 낮출 수 있는 것으로 알려져 있다.

단결정 양극재는 양극재 가공 비용을 낮추고 수율도 개선한다. 단결정 양극재는 잔해물이 없어 불량품 발생 확율을 낮추고 수세공정(Washing)을 거칠 필요가 없기 때문이다. 수세공정은 단극재 양극재를 만들 때 반드시 필요한 공정으로 물로 불순물을 제거하는 과정을 뜻한다.

또 차세대 전지로 손꼽히는 전고체 배터리에도 단결정 양극재가 적합한 소재로 주목받고 있다. 테슬라는 2020년 '배터리데이'에서 단결정 양극재를 적용해 반영구적인 배터리를 만들겠다고 선언했다.

배터리 양극재. [사진=LG화학]

다수의 업체가 단결정 양극재 기술 개발을 완료한 가운데 양산 시점을 두고 눈길이 모아지고 있다. 높은 함량의 니켈이 함유된 단결정 양극재가 실제로 차량에 탑재되는 등 대규모 양산 단계에 이른 곳은 없다.

양산을 공식화한 곳은 LG화학 한 곳이다. LG화학은 올해 단결정 양극재를 상용화할 예정이다. 니켈·코발트·망간·알루미늄(NCMA) 등 여러 금속소재를 하나로 뭉쳐 내구성을 높였다. 

에코프로비엠은 단결정 양극재 개발을 끝마치고 상용화 준비 과정에 있다. 업계가 예상하는 양산 시점으로는 이르면 올해 하반기가 될 전망이다.

지난해 엘앤에프는 단결정 양극재 기술에 대한 내부 검증을 완료하고 고객사를 확보해 시양산에 돌입했다. 90% 이상 하이니켈 NCMA(니켈·코발트·망간·알루미늄) 제품이 첫 양산 제품이 될 것으로 알려졌다. 최종 고객사는 테슬라가 될 전망이다.

이 외에도 포스코퓨처엠(이전 포스코케미칼)도 단결정 양극재 개발에 주력하고 있다. 포스코퓨처엠 관계자는 "고객사의 요청에 따라 향후 생산 시기가 결정 될 것"이라고 말했다.

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