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미래 전기차 시대, 배터리 진보가 관건이다.

글로벌오토뉴스 조회 수1,134 등록일 2021.02.22
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김 필 수 (김필수 자동차연구소 소장, 대림대 교수)

전기차 중흥의 시대가 오고 있다. 특히 올해부터는 전기차 전용플랫폼을 활용한 가성비 높은 전기차가 다수 출시되면서 본격적인 전기차 중흥의 시대가 시작되었다고 할 수 있다. 지금은 전기차 보조금을 받을 정도로 내연기관차와 싸울 준비가 덜 되어 있지만 향후 5년 정도 이후에는 보조금 없이 치열하게 내연기관차와 싸울 수 있는 체력을 키운다고 할 수 있기 때문이다.

현재 전기차 가격은 내연기관차 대비 약 1.5~2배 높은 편이다. 예전에 비해 비용이 저렴해졌다고 할 수 있지만 역시 비용이 높다고 할 수 있다. 물론 올해부터 본격화된 전기차 전용플랫폼이 흑자모델이라고 할 정도로 중요한 대량생산 체제를 지니고 있다고 하지만 근본적으로 배터리 등 중요 부품비용이 떨어지지 않는다면 한계가 있다고 할 수 있다.

테슬라의 앨런머스크가 향후 5년 이후에 자체적인 배터리를 제작하면서 비용을 크게 낮추겠다고 선언한 이유도 바로 이러한 경쟁력 제고가 없으면 한계가 있다는 뜻이기도 하다.

현재 전기차 비용의 약 40% 정도가 배터리 가격이다. 물론 다른 부품의 가격도 낮추는 노력도 있어야 하지만 가장 비용 부담이 큰 배터리 비용을 낮추지 못한다면 한계가 크다고 할 수 있다. 따라서 배터리 가격을 낮추고 성능을 높이기 위한 각종 연구개발이 이루어지고 있는 현실이라 할 수 있다.

현재 가장 진보된 배터리는 리튬이온 배터리라 할 수 있다. 에너지 밀도가 높고 부피 대비 가장 앞선 배터리로서 대부분의 전기차에 탑재 중이라 할 수 있으나 가장 큰 취약점이 배터리 자체에 압력이나 충격을 받으면 열이 크게 발생하여 화재의 가능성이 커진다는 것이다. 특히 한번 불이 붙으면 열폭주 현상이라 하여 소방대원이 출동해도 진화가 어려울 정도여서 전소되는 이유가 많다고 할 정도라 하겠다.

작년 14건이나 화재가 발생한 코나 전기차도 대부분 전소된 이유라 할 수 있고 해외의 전기차 화재도 비슷하다고 할 수 있다. 이러한 불안감 때문인지 작년 말 발표한 2024년 출시하겠다고 선언한 애플카의 경우도 에너지 밀도 등이 떨어지는 리튬인산철 배터리를 사용하는 이유도 그렇다고 할 수 있다. 별도의 설계를 통하여 떨어지는 에너지밀도 등을 보강한 모노셀 형태라 할 수 있다.

현재 전기차의 관건인 배터리 전쟁 중이라 할 수 있다. 더욱 에너지 밀도를 높이고 더욱 빠르게 급속 충전이 가능하며, 충전반복으로 수명이 줄지 않는 전고체 배터리를 개발 중이라 할 수 있다. 역시 전고체 배터리는 열 등에도 강하여 과열되어 화재가 발생할 가능성이 낮다고 할 수 있다. 배터리의 핵심부품인 전해질을 고체로 하여 안정성을 강화한 배터리라 할 수 있다.

아직 전고체 배터리는 양산형으로 생산할 수 있는 기술확보가 되어 있지 못해서 배터리 회사가 사활을 걸고 연구 중이라 할 수 있다. 아무리 빨라도 3~4년 이상이 소요될 것이고 그 때가 되면 더욱 안전하면서 저렴해진 배터리를 탑재한 전기차가 활성화 될 것으로 확신한다.
현재보다 비용이 약 30% 이상 저렴한 배터리 활용이 가능해진다고 할 수 있다.

배터리 소재는 크게 4가지로 나누어진다. 양극재, 음극재, 분리막과 전해질이라 할 수 있다. 모든 부품이 중요하지만 배터리 가격의 약 40%를 차지하는 것이 바로 양극재라 할 수 있다. 현재로서는 니켈 코발트 망간이라고 하는 NCM 배터리가 핵심이라고 할 수 있으며, 고성능을 위한 니켈의 함유량을 높인 배터리가 중심이라 할 수 있다. 예를 들면 NCM622은 니켈 60%, 코발트 20%, 망간 20%를 뜻한다고 할 수 있다. 이후 NCM811, NCM9 0.5 0.5로 향상되기 시작했고 최근에는 알루미늄을 첨가한 NCMA 등으로 진보되고 있는 상태라 할 수 있다. 모두가 배터리 향상 자체가 전체 전기차를 대신하는 이유이기 때문이다. 그 만큼 전기차에서 배터리는 절대적인 위치를 차지하기 때문이다.

배터리는 한·중·일 삼국지 전쟁이라 할 수 있다. 글로벌 배터리회사 중 상당수가 한·중·일이라 할 수 있다. 대한민국은 LG에너지솔루션과 삼성SDI, SK이노베이션이 글로벌 순위 1~6위 정도이고 중국 CATL과 글로벌 순위1~2위를 오간다고 할 수 있다. 여기에 중국 BYD와 일본 파나소닉이 상위권을 차지한다고 할 수 있다.

전기차에서 차지하는 배터리의 중요성이 강조되면서 배터리 전쟁도 더욱 치열해지고 있다. 지금까지는 전기차 제조사가 약 40%의 비용에 해당되는 배터리를 전문회사에 위임하였으나 수직·하청구조를 지향하는 글로벌 제조사들은 자체적으로 배터리를 공급받기를 원한다고 할 수 있다.

우선적으로 테슬라가 수년 이내에 자체적인 배터리 생산을 선언하였고 아마도 글로벌 제작사들 모두가 이를 원한다고 할 수 있다. 물론 배터리 제조 자체가 워낙 하이테크 기술을 요하는 만큼 단순히 몇 개의 스타트업으로 생산할 수 있는 기술은 아니라 할 수 있으나 결국 제작사들은 자체적인 배터리 생산을 이룰 것으로 예상된다.

앞으로 수년 간은 기존 배터리 회사에 대한 의존도가 급증하는 전기차 수용에 대응하여 공급량을 늘리겠지만 결국 자체적인 배터리 생산이 가능해질 것으로 예상된다. 기존 배터리 회사들도 이러한 흐름을 인지한 만큼 더욱 차별화된 배터리 기술을 확보하여 특화시킬 것이며, 결국 전기차 하청이 용이한 특성을 고려하여 글로벌 배터리 회사의 전기차 생산도 불가능하지는 않을 것으로 예상된다.

결국 운신의 폭이 내연기관차 대비 훨씬 넓은 전기차의 특성상 미래에는 영역 구분이 없는 치열한 약육강식의 시대가 예상된다고 할 수 있다. 결국 미래 모빌리티의 관건은 배터리 독립을 누가 완성하는 가에 달려있고 차별화되고 특화된 고성능 배터리 기술 보유가 관건이라 할 수 있다. 향후의 차세대 배터리를 기대해본다.
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