‘코발트 다이어트’에 사활 건 배터리업계

 
 
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LG화학 대전 기술연구원 연구원들이 배터리 성능을 논의하고 있다 / 사진=LG화학
배터리업계가 코발트 비중 낮추기에 사활을 걸었다. 전기차(EV)시대 개막과 에너지저장시스템(ESS) 설치 증가로 2차전지 수요가 빠르게 늘고 있지만 배터리 핵심 원료인 코발트 가격이 요동치며 배터리업계의 원가 부담이 커지는 추세다. 이에 각 업체는 코발트 비중을 획기적으로 낮춘 제품으로 경쟁력을 확보하겠다는 방침이다.

◆롤러코스터 타는 코발트 가격

업계에 따르면 글로벌 2차전지시장은 2015년 661억달러에서 2020년 1000억달러 규모로 성장할 전망이다. 이 같은 성장은 IT용 소형 셀부터 대형 셀에 이르기까지 다양한 분야의 배터리 수요 증가 때문으로 풀이된다.

배터리업계는 모처럼 시작된 성장 기조를 반기고 있지만 원재료 가격이 발목을 잡는다. 원재료 공급이 수요를 따라가지 못하면서 가격이 널을 뛰고 있기 때문. 


배터리는 양극재, 음극재, 분리막, 전해액 등 4대 요소로 구성된다. 이 중 양극재에는 코발트와 니켈 등이 핵심원료로 사용되는데 2차전지의 수요가 급증하면서 원재료의 가격도 크게 올랐다. 특히 코발트의 경우 2016년 말 톤당 3만2734달러에서 지난해 2월 중순 6만달러 내외까지 올라섰고 올 3월에는 9만5000달러로 폭증했다.

현재는 톤당 6만 달러대로 떨어졌지만 2016년 말에 비하면 여전히 2배가량 높은 수준이다. 이에 따라 배터리 업계의 코발트 원가비중도 8%대에서 20% 이상으로 높아졌다.

코발트시장은 최다생산국인 콩고민주공화국에 의존하고 있다. LG경제연구원의 ‘그린에너지 시대의 새로운 자원 전쟁’ 보고서에 따르면 전세계 코발트의 51%는 콩고에서 나온다. 콩고는 현재 독재와 내전, 광공업분쟁 등으로 정국이 불안하기 때문에 코발트 수급이 순조롭지 않다.

전지시장 성장에 따라 코발트 수요는 꾸준히 늘어나는 반면 원재료 공급에 발목이 잡히면서 롤러코스터와 같은 상황이 상당기간 지속될 것이란 전망에 힘이 실린다. 캐나다의 광산투자회사인 크루즈 캐피탈은 2025년 전지용 코발트 수요가 현재의 2.3배 수준인 12만1000톤으로 증가할 것으로 추산했다.


국내 배터리업계는 양극재에서 값비싼 코발트 함량을 줄이고 니켈 함량을 높인 하이니켈 배터리를 개발하는 추세다. 현재 국내 배터리업계가 주로 사용하는 전기차 배터리는 니켈·코발트·방간 비중이 6대2대2인 ‘NCM622’인데 여기서 코발트 비중을 낮추고 니켈 함유량을 올리는 방식이다.

◆코발트 줄이고 니켈 함유↑

LG화학은 니켈·코발트·망간 비율을 각각 8대1대1로 구성한 NCM811을 양산해 전기버스용으로 공급 중이다. 2020년에는 니켈·코발트·망간 비율이 7대1대2인 NCM712, 2022년엔 니켈 비중을 90% 이상 늘리고 알루미늄을 추가해 코발트 비중을 10% 미만으로 낮춘 NCMA 배터리를 전기차에 공급할 계획이다.

LG화학의 노트북용 저코발트 배터리 / 사진=LG화학
최근에는 노트북용 저코발트 배터리도 선보였다. 기존 IT기기용 배터리에는 코발트 함량이 100%인 ‘LCO(리튬코발트산화물) 배터리’가 주로 적용됐는데 LG화학은 이를 70%가량 줄인 NCM 배터리를 선보였다. 


NCM 배터리는 기존 제품의 장점을 살리면서 코발트 함량은 대폭 낮추는 신기술을 적용했다. 높은 압력에도 입자 변형을 최소화하는 독자적인 공정기술 및 노하우가 신기술의 핵심이다. 이를 통해 동일 부피에 더 많은 원재료를 넣을 수 있는 NCM 양극재 개발에 성공했다. 또한 NCM 양극재의 충·방전 효율을 개선하고 사용 전압 범위를 최고 4.2V 수준에서 4.35V까지 높여 에너지 밀도를 기존 LCO(리튬코발트산화물) 배터리와 근접한 수준으로 올렸다.


LG화학은 현재 10% 수준인 저코발트 배터리 판매 비중을 내년까지 40%로 올리고 2020년 60%까지 확대할 방침이다. 또한 소형전지사업에서 2020년까지 양극재의 코발트 함량이 5% 이하면서 니켈 함량이 90%에 달하는 ‘하이니켈 배터리’를 양산한다는 목표다. 니켈 함량을 높이면 배터리의 에너지 밀도가 높아진다. 따라서 ‘하이니켈’ 배터리는 노트북보다 공간이 작으면서 더 높은 에너지 효율이 필요한 스마트폰에도 적용할 수 있다.

삼성SDI는 NCM과 NCA 등 2가지 배터리 개발에 앞장서고 있다. NCA는 NCM에 비해 원료합성과 수분제어의 난이도가 높아 진입이 어려운 분야다. 삼성SDI는 NCA 소재 기반 전동공구용 배터리시장에서 글로벌 점유율 50% 이상으로 압도적 1위를 유지하고 있다.

삼성SDI는 “회사가 보유한 차별화된 NCA 기술력을 바탕으로 기존 소형 배터리에서 전기차용 배터리로 시장을 확대하고 NCM도 장기적인 로드맵에 따라 연구를 지속해 양극소재 기술 전반에서 시장을 선도할 계획”이라고 밝혔다.

SK이노베이션은 NCM811 배터리 개발을 완료하고 양산준비까지 모두 마친 상황이다. 당초 올 하반기부터 전기차에 공급할 예정이었지만 현재 시기를 조정 중이다.

SK이노베이션 관계자는 “정확히 언제 공급이 시작된다고 확정할 순 없지만 적절한 시기를 협의 중인 것으로 안다”며 “기술개발은 이미 완료됐기 때문에 업체의 요청만 있으면 즉각 제품을 공급할 준비가 돼 있다”고 말했다.

☞ 본 기사는 <머니S> 제557호(2018년 9월12~18일)에 실린 기사입니다.


 

이한듬 mumford@mt.co.kr

머니S 산업팀 기자입니다. 많은 제보 부탁드립니다.

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