[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.

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尹부부 공천개입 수사 급물살 타나 [서울=뉴스핌] 박서영 기자 = 윤석열 전 대통령이 탄핵심판 선고에서 헌법재판관 전원일치 의견으로 파면된 가운데 이른바 '명태균 의혹' 사건에 대한 검찰 수사가 윤 전 대통령 부부에 속도를 낼지 이목이 집중된다. 5일 법조계에 따르면 헌법재판소는 4일 오전 11시 윤 전 대통령 탄핵심판 선고기일을 열어 윤 전 대통령의 파면을 결정했다. 박근혜 전 대통령에 이은 헌정 사상 두 번째 파면이다. 사진은 윤석열 전 대통령. [사진=뉴스핌 DB] 검찰은 지난 2월 17일 윤 전 대통령 부부 공천개입 의혹, 여론조사 조작 의혹, 여론조사 비용 대납 의혹 등 명씨 관련 사건을 창원지검에서 중앙지검으로 이송했다. 이후 검찰은 해당 사건과 관련한 연이은 소환조사 및 강제수사 등에 착수하면서 잔여 수사에 속도를 내 왔다. 검찰은 명씨가 실질적으로 운영한 여론조사업체 미래한국연구소가 당시 대선 후보였던 윤 전 대통령을 돕고자 총 81차례에 걸쳐 불법 여론조사를 해 주고, 그 대가로 김영선 전 국민의힘 의원이 2022년 6·1 보궐선거에서 경남 창원 의창 선거구 공천을 받았다는 의혹을 받았다고 보고 있다. 윤 전 대통령의 부인 김건희 여사는 이와 관련, 보궐선거와 지난해 4월 22대 총선 당시 국민의힘 공천 과정에 개입한 의혹을 받는다. 이날 헌재의 결정으로 윤 전 대통령은 현직 대통령으로서 가졌던 '불소추특권'을 잃게 됐다. 기존 수사 대상이던 내란 혐의뿐 아니라 공천 개입 의혹 수사도 피할 수 없게 된다는 의미다. 법조계 안팎은 조기 대선을 앞두고 윤 전 대통령 부부를 향한 공천 개입 의혹 사건 수사가 급물살을 탈 것이라고 내다봤다. 정계 출신 법조인은 "박 전 대통령도 파면된 다음에 소환조사가 바로 이뤄졌다"며 "곧바로는 아니겠지만 민주당 측에서 신속한 수사를 압박할 텐데 검찰도 조만간 협의를 해 윤 전 대통령 부부의 소환 일정 등을 잡으려 할 것"이라고 전망했다. 실제 2016∼2017년 박근혜 정부의 국정농단 사건 때, 박 전 대통령의 탄핵안이 국회에서 가결되고 3개월 만에 헌법재판소가 파면 결정을 내렸다. 당시 검찰과 박영수 특별검사팀의 수사는 박 전 대통령이 자연인 신분이 된 이후 급물살을 탔다. 박 전 대통령은 파면 11일 만에 검찰에 소환됐고, 이후 열흘 만에 구속됐다. 양홍석 변호사(법무법인 이공)는 "윤 전 대통령이 파면됐으니 명태균 수사의 경우 검찰이 좀 더 가열차게 할 것 같고, 공직선거법 위반 사건도 있는데 이 또한 바로 착수해야 하지 않을까 싶다"며 "다만 전직 대통령이기 때문에 신병 문제는 바로 결정하기는 쉽지 않을 수 있다"고 예상했다. 검찰의 신속한 수사는 진행되겠지만, 윤 전 대통령의 소환조사 등은 조기 대선이 끝난 후 이뤄질 것이란 분석도 있었다. 부장검사 출신 변호사는 "대통령이 파면됐으니 적극적으로 윤 전 대통령 부부를 조사하려고 들긴 하겠지만 소환조사의 경우 조기 대선 이후가 될 것 같다"며 "정치적 파장이 큰 사안이라 검찰이 속도를 내서 수사 한다 해도 대선 정국에서 전 대통령 부부를 직격하기는 어렵다"고 했다. 윤석열 전 대통령이 4일 탄핵심판 선고에서 헌법재판관 전원일치 의견으로 파면된 가운데 이른바 '명태균 의혹' 사건에 대한 검찰 수사가 윤 전 대통령 부부를 향할지 이목이 집중된다. 사진은 명태균 씨가 지난해 11월 8일 오전 경남 창원시 창원지방검찰청에 정치자금법 위반 혐의 피의자 신분으로 출석하고 있는 모습. [사진=뉴스핌 DB] seo00@newspim.com 2025-04-05 07:00

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[尹 파면] 조기 대선 막 올랐다 [서울=뉴스핌] 한태희 기자 = 헌법재판소가 윤석열 대통령 파면을 선고하며 조기 대선 막이 올랐다. 현재 조기 대선 레이스에서 이재명 더불어민주당(민주당) 대표가 독주하는 구도다. 여·야 잠룡들은 권력 구조를 개편하는 개헌론으로 차별화에 나서는 등 대권을 향한 행보를 시작했다. [서울=뉴스핌] 한태희 기자 = 2025.04.03 ace@newspim.com 6일 정치권에 따르면 조기 대선은 오는 5월 말에서 6월 초에 치러질 가능성이 높다. 헌법 제68조 2항에 따라 파면 등으로 대통령 궐위 시 60일 이내 선거를 치러야 해서다. 한덕수 대통령 권한대행은 공직선거법 제35조 1항에 따라 늦어도 오는 14일까지 조기 대선일을 공고해야 한다. 조기 대선 레이스에 들어가며 대권을 노리는 후보자 발걸음도 분주해졌다. 선두 주자는 이재명 대표다. 이 대표는 차기 대권 유력 후보자를 묻는 각종 여론조사에서 압도적인 1위를 달리고 있다. 이 대표는 최근 공직선거법 위반 사건 2심에서 무죄를 받으며 사법 리스크 부담도 덜었다. 야권에서는 김경수 전 경남지사, 김동연 경기지사, 김두관 전 국회의원, 김부겸 전 국무총리, 김영록 전남지사, 이광재 전 강원지사, 전재수 의원 등이 당내 경선에 참여할 가능성이 있다. 이들은 '1강'인 이 대표와 비교해 열세다. 야권 잠룡들은 차기 대통령 임기 단축 등 개헌론을 부각하고 있다. 이준석 개혁신당 국회의원도 차기 대권을 넘보고 있다. 이준석 의원은 '40대 기수론' 등 정치권 세대 교체론을 앞세우고 있다. 여권에서는 김문수 고용노동부 장관, 안철수 국회의원, 오세훈 서울시장, 원희룡 전 국토교통부 장관, 유승민 전 국회의원, 한동훈 전 국민의힘 대표, 홍준표 대구시장 등이 조기 대선에 참전할 가능성이 있다. 여권 후보자들은 당내 경선에서 정통 지지자인 보수 표심을 먼저 얻어야 한다. 동시에 본선에서 중도층 표까지 끌어올 수 있는 경쟁력도 보여줘야 한다. 여권 후보자들은 '12·3 비상계엄 사태'를 촉발한 제왕적 대통령제 한계 극복 방안으로 대통령 권한을 분산하는 개헌론을 제시하고 있다. 각 당은 곧 당내 경선을 시작해 본선에 올릴 후보자 선정에 들어간다. 공직선거법 제49조에 따라 조기 대선 24일 전부터 이틀 동안 대통령 후보 등록을 끝내야 하기 때문이다. 조기 대선이 오는 6월 3일 치러지면 각 당은 오는 5월 11일까지 중앙선거관리위원회에 대통령 후보를 등록해야 한다. 여야는 약 8년 전 제19대 대통령 선거 당시 박근혜 대통령 파면이 결정된 후 1개월 안에 대통령 후보 선출을 마무리했다. 범야권이 대통령 단일 후보로 본선에 들어갈지도 주목된다. 당 내 간판 주자가 없는 조국혁신당은 '야권 통합 완전국민경선(오픈프라이머리)'을 제안했다. 이 대표가 있는 민주당이 이에 응할지에 정치권 이목이 쏠리고 있다. ace@newspim.com 2025-04-06 07:00