‘리튬이온배터리’ 韓•中 격차‘양극재 특허기술’이 갈랐다
中 배터리 탑재 전기차 잇따라 화재
LG화학·SK이노 배터리는 안전 운행
용량 높이면서 안전성 유지 기술 결정적
특허 보유 선양국 교수 “배터리는 반도체 이을 다음 먹거리, 절대 뺏기면 안돼”
작성 : 2020년 09월 16일(수) 15:37
게시 : 2020년 09월 17일(목) 00:29
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선양국 한양대 에너지공학과 교수가 리튬이온배터리의 농도 구배 특허기술에 대해 설명하고 있다.

니켈 함량을 80%로 높인 ‘NCM811’ 리튬이온배터리가 본격 상용화되고 있는 가운데 중국에서 이 배터리를 탑재한 전기차에서 잇따라 화재가 난 반면 국내 배터리를 탑재한 전기차는 안전하게 운행되고 있어 그 차이에 관심이 쏠리고 있다.

배터리업계는 국내 연구진이 보유하고 있는 양극재 특허기술이 결정적 차이를 낸 것으로 보고 있다.

16일 중국 포털사이트 시나(SINA) 등 현지 언론에 따르면 중국 배터리시장 1위이자 LG화학에 이어 세계 2위인 배터리업체 CATL의 NCM811 리튬이온배터리를 탑재한 전기차에서 잇따라 화재가 발생했다.

이 배터리를 탑재한 광저우기차(GAC)의 전기차 아이온S에서 지난 5월와 8월에 총 3건의 화재가 발생했다. 화재 원인은 정확하게 밝혀지지 않고 있지만 배터리가 유력하게 지목되고 있다.

CATL은 그동안 양극재에 인산(P)과 철(F)이 들어가는 LFP 방식을 사용해 왔으나 짧은 주행거리 단점을 보완하기 위해 지난해부터 NCM811 배터리를 생산해 보급하고 있다. NCM811은 리튬이온배터리의 양극재 활물질로 니켈(N), 코발트(C), 망간(M)을 8:1:1 비율로 사용한다는 뜻이다.

하지만 잇따른 화재 발생으로 CATL의 NCM811 기술력이 아직 완성되지 않았음이 입증된 것으로 평가되고 있다. 일각에선 CATL이 NCM811을 포기할 것이란 소문도 나왔다. 하지만 CATL 측은 단기적으로는 NCM에 주력할 것이며 중장기적으로는 NCM을 사용하지 않는 무금속 배터리를 개발하고 있다고 밝혔다.

반면 같은 NCM811 방식을 사용하고 있는 LG화학과 SK이노베이션의 배터리를 탑재한 전기차는 화재 발생 없이 안전하게 운행되고 있다.

LG화학은 원통형 NCM811 배터리를 테슬라의 중국판매용 모델3와 미국 루시드모터스의 루시드에어에 공급하고 있다. SK이노베이션은 중국 베이징자동차그룹의 프리미엄 전기차 아크폭스(ARCFOX) SUV ‘마크5’와 현대기아차의 유럽판매용 코나·니로 전기차에 공급하고 있다.

업계는 중국의 리튬이온배터리 기술력이 아직 우리나라 보다 뒤쳐진 것으로 보고 있는데 그 중심에는 ‘농도 구배’ 특허기술이 있다고 분석하고 있다.

농도 구배(concentration gradient)는 농도를 다르게 한다는 뜻으로 양극재에 들어가는 활물질 입자의 중심에 니켈 비중을 높게 하고 입자 바깥에는 코발트와 망간 비중을 높게 하는 기술이다.

리튬이온배터리는 니켈 비중이 높아지면 용량이 커지는 반면 안전성이 떨어진다. 반대로 코발트와 망간 비중이 높아지면 안전성은 높아지지만 용량은 적어진다. 농도 구배 기술을 적용하면 입자 중심에 니켈을 집중 배치해 용량을 높이고 입자 바깥에는 코발트와 망간을 집중 배치해 안전성을 유지할 수 있다.

리튬이온배터리의 농도 구배 기술은 선양국 한양대 교수가 2005년 처음 개발해 2015년까지 4세대 기술로 발전시켰으며 이 과정에서 100여건의 특허를 보유하고 있다.

국내 배터리업계는 선 교수의 특허기술을 활용해 현재 상용화되고 있는 배터리 가운데 최고 성능을 발휘하는 NCM811 배터리를 생산 보급하고 있다.

키움증권에 따르면 NCM811 배터리는 2023년부터 전체 배터리시장의 약 70%를 차지할 것으로 분석되고 있다. NCM811 배터리는 전기차 주행거리가 500km로 늘어나며 비싼 코발트 사용을 줄여 원가를 절감할 수 있다.

선 교수는 중국으로부터 특허 사용 등 여러 요청이 왔지만 일언지하에 거절했다고 한다.

그는 “우리나라의 반도체를 이을 다음 먹거리는 배터리가 될 것이다. 이것을 절대 중국에 뺏겨서는 안된다”며 “다만 우리나라가 앞선 기술력을 유지하기 위해선 젊고 유능한 인재들이 연구분야에 더 많이 들어올 수 있도록 마음 놓고 연구를 할 수 있는 환경과 개발 기술에 대해 정당한 대우를 해주는 환경이 마련돼야 한다”고 지적했다.
윤병효 기자 기사 더보기

chyybh@electimes.com

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