[파이낸셜뉴스] 중국을 중심으로 판매가 급증하고 있는 리튬인산철(LFP) 배터리가 올해에도 안정적인 성장이 예상된다. 특히 코발트, 니켈 등 삼원계 배터리 원자재 가격이 급등세를 이어가는 가운데 가격과 안전성 측면의 강점을 바탕으로 올해에도 성장세가 지속될 것이라는 전망이다.
30일 SNE리서치에 따르면 중국에서 판매된 LFP 배터리 탑재 전기차 비중은 지난해 9월 이후 니켈·코발트·망간(NCM), 니켈·코발트·알루미늄(NCA) 등 삼원계 배터리 비중을 넘어선 것으로 나타났다.
현재 LFP 배터리 대부분은 중국 업체들이 생산하고 있는데 테슬라뿐 아니라 폭스바겐, 포드 등도 LFP 배터리에 관심을 보이고 있는 것으로 알려졌다. 애플카를 만들고 있는 미국 애플사도 LFP 배터리를 검토하고 있는 것으로 전해졌다.
SNE리서치 관계자는 "지속적인 연구 및 개발로 인한 성능향상 결과로 현재 리튬이차전지는 초기 원통형 리튬이차전지보다 3배 이상 에너지밀도가 증가했다"면서 "출력 특성 또한 크게 증가돼 향후 리튬이차전지의 응용은 휴대용 정보통신 기기에 이어 고용량, 고밀도 리튬이차전지인 전기자동차와 장수명 에너지 저장장치 용으로 널리 적용될 전망"이라고 설명했다.
이렇게 리튬이차전지가 대용량화되면서 리튬이차전지의 가격 및 안정성 강화가 중요한 화두로 떠오르고 있다.
이런 상황에서 개발된지 이미 많은 시간이 지난 LFP 전지에 대한 관심이 크게 커지고 있다. LFP배터리는 △코발트를 사용하지 않아 상대적으로 저가에 제조가 가능하며 △고온 및 과충전 상태에서도 구조붕괴가 일어나지 않아 수명 및 안전성이 우수하고 △LFP에 관한 핵심특허가 올해 대부분 만료돼 특허료의 지불이나 특허침해에 대한 위험 없이 판매가 가능해질 것으로 예상되기 때문이다.
이와 관련 지난 1997년부터 현재까지 LFP 양극소재 개발은 크게 출력성능과 에너지밀도 개선 등으로 구분된다. LFP는 리튬 이온의 느린 확산과 낮은 전기 전도도로 인해 출력 특성이 크게 제한돼 있다. 따라서 이러한 문제들을 해결하기 위해 많은 연구가 진행됐다.
에너지밀도의 경우 LFP의 이론밀도는 3.6g/cm3으로 층상구조 양극재(이론밀도: 4.8-5.1g/cm3) 대비 70% 수준이다.
또한 입자의 나노화 및 표면 카본코팅으로 인해 충진밀도가 더욱 하락해 비표면적인 커 도전재 및 바인더 사용량이 많아 실제 구현가능한 부피당 밀도는 층상구조 활물질에 비해 크게 떨어진다.
이러한 단점을 극복하기 위해 극판밀도를 높이려는 연구와 LFP배터리의 안전성을 활용한 셀투팩 공정을 통해 부피당 에너지밀도를 증가시키는 시도가 이뤄지고 있다는 설명이다.
무엇보다 LFP의 가장큰 장점은 안전성이다. LFP는 산소가 결정외부로 탈리되지 않으며 1차원적인 리튬배열을 갖고 있기 때문에 리튬이 완전히 빠져나가더라도 격자구조가 붕괴되지 않는다.
다만 리튬배터리의 낮은 저온성능은 기술적 장벽이다. 일반적인 양극소재보다 저온용량이 크게 저하된다.
SNE리서치 관계자는 "현재 LFP배터리는 400km 가량의 항속거리의 달성이 가능하며 코발트, 니켈 등 삼원게 원자재 가격이 폭등하는 가운데 상대적으로 저가인 철 사용으로 가격면에서도 우위에 있다"면서 "안전성에 있어서도 강점을 가지고 있어 배터리 업체나 완성차 업체에서 안전사고를 대비할 충당금을 비축할 필요가 없다는 점에서 매력적"이라고 분석했다.
자료: SNE리서치
kim091@fnnews.com 김영권 기자
30일 SNE리서치에 따르면 중국에서 판매된 LFP 배터리 탑재 전기차 비중은 지난해 9월 이후 니켈·코발트·망간(NCM), 니켈·코발트·알루미늄(NCA) 등 삼원계 배터리 비중을 넘어선 것으로 나타났다.
현재 LFP 배터리 대부분은 중국 업체들이 생산하고 있는데 테슬라뿐 아니라 폭스바겐, 포드 등도 LFP 배터리에 관심을 보이고 있는 것으로 알려졌다. 애플카를 만들고 있는 미국 애플사도 LFP 배터리를 검토하고 있는 것으로 전해졌다.
SNE리서치 관계자는 "지속적인 연구 및 개발로 인한 성능향상 결과로 현재 리튬이차전지는 초기 원통형 리튬이차전지보다 3배 이상 에너지밀도가 증가했다"면서 "출력 특성 또한 크게 증가돼 향후 리튬이차전지의 응용은 휴대용 정보통신 기기에 이어 고용량, 고밀도 리튬이차전지인 전기자동차와 장수명 에너지 저장장치 용으로 널리 적용될 전망"이라고 설명했다.
이렇게 리튬이차전지가 대용량화되면서 리튬이차전지의 가격 및 안정성 강화가 중요한 화두로 떠오르고 있다.
이런 상황에서 개발된지 이미 많은 시간이 지난 LFP 전지에 대한 관심이 크게 커지고 있다. LFP배터리는 △코발트를 사용하지 않아 상대적으로 저가에 제조가 가능하며 △고온 및 과충전 상태에서도 구조붕괴가 일어나지 않아 수명 및 안전성이 우수하고 △LFP에 관한 핵심특허가 올해 대부분 만료돼 특허료의 지불이나 특허침해에 대한 위험 없이 판매가 가능해질 것으로 예상되기 때문이다.
이와 관련 지난 1997년부터 현재까지 LFP 양극소재 개발은 크게 출력성능과 에너지밀도 개선 등으로 구분된다. LFP는 리튬 이온의 느린 확산과 낮은 전기 전도도로 인해 출력 특성이 크게 제한돼 있다. 따라서 이러한 문제들을 해결하기 위해 많은 연구가 진행됐다.
에너지밀도의 경우 LFP의 이론밀도는 3.6g/cm3으로 층상구조 양극재(이론밀도: 4.8-5.1g/cm3) 대비 70% 수준이다.
또한 입자의 나노화 및 표면 카본코팅으로 인해 충진밀도가 더욱 하락해 비표면적인 커 도전재 및 바인더 사용량이 많아 실제 구현가능한 부피당 밀도는 층상구조 활물질에 비해 크게 떨어진다.
이러한 단점을 극복하기 위해 극판밀도를 높이려는 연구와 LFP배터리의 안전성을 활용한 셀투팩 공정을 통해 부피당 에너지밀도를 증가시키는 시도가 이뤄지고 있다는 설명이다.
무엇보다 LFP의 가장큰 장점은 안전성이다. LFP는 산소가 결정외부로 탈리되지 않으며 1차원적인 리튬배열을 갖고 있기 때문에 리튬이 완전히 빠져나가더라도 격자구조가 붕괴되지 않는다.
다만 리튬배터리의 낮은 저온성능은 기술적 장벽이다. 일반적인 양극소재보다 저온용량이 크게 저하된다.
SNE리서치 관계자는 "현재 LFP배터리는 400km 가량의 항속거리의 달성이 가능하며 코발트, 니켈 등 삼원게 원자재 가격이 폭등하는 가운데 상대적으로 저가인 철 사용으로 가격면에서도 우위에 있다"면서 "안전성에 있어서도 강점을 가지고 있어 배터리 업체나 완성차 업체에서 안전사고를 대비할 충당금을 비축할 필요가 없다는 점에서 매력적"이라고 분석했다.
kim091@fnnews.com 김영권 기자
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