리튬인산철 배터리 장단점 - lityum-insancheol baeteoli jangdanjeom

<자막원문>

인터뷰 진행 : 한주엽 디일렉 대표
출연: 이수환 기자
 

-배터리 종류가 삼원계가 있고 다른 성분도 있습니까?

“그냥 간단하게 보시면 되는데요. 지금도 자동차에 많이 쓰고 있는 배터리가 있죠? 납축전지 그리고 흔히 납산 배터리라고 하는 배터리 종류가 있고.”

-12볼트(V)짜리?

“볼트는 잘 기억이 안 나요.”

-24볼트인가?

“납 배터리가 있고 그다음에 예전에 많이 썼던 니켈카드뮴(Ni-Cd). 니카드전지라고도 하죠. 껌딱지 전지라고 굉장히 워크맨에 많이 썼잖아요? 그다음에 니켈수소(Ni-MH). 도요타가 하이브리드 차에 많이 썼던 니켈 수소가 있고 그다음이 리튬이온이죠. 방금 말씀하신 삼원계는 리튬이온 양극재의 성분에 따라서 세부 카테고리가 나뉘게 되는데 삼원계는 우리가 흔히 얘기하는 NCM, NCA 이런 부류의 배터리가 되는 거죠. 그다음에 리튬이온 배터리에는 LCO라는 것도 있고 NCM도 있고 NCA도 있고 그다음에 NCMA도 있고 그다음에 LFP도 존재합니다. 이 LFP가 바로 리튬인산철 배터리가 되겠죠.”

-리튬인산철 배터리가 언젠가 되게 화제가 됐던 적이 있잖아요. 불나는 그 화재 말고 사람들이 관심을 모았던. 그렇게 화제가 됐던 적이 있는데 리튬인산철 배터리는 화재가 안 나는 배터리죠?

“엄밀히 따지면 화재가 나요. 모든 리튬이온 배터리는 화재의 위험성을 내포하고 있습니다. 다만 삼원계 배터리 대비 불이. 그니까 흔히 얘기하는 열 폭주. 갑자기 불이 걷잡을 수 없이 확 터지진 않는. 아주 근근하게 열이 발생해서 화재가 나는 것뿐이지. 대규모 폭발은 적은 거죠. 상대적으로. 그니까 어디까지나 상대적으로 안전한 배터리라고 보면 되는 겁니다.”

-중국 쪽에서는 좀 많이 쓰지 않습니까?

“많이 쓰죠. 많이 쓰는데 이게 보통 리튬인산철에 대한. 이것도 배터리 업체들이 특히 삼원계 배터리를 많이 하는 업체들이 마케팅을 굉장히 잘한 건데 삼원계 배터리는 고급이고 리튬인산철 배터리는 중국이 하니까 저가, 저질 이렇게 배터리로 생각하시는 경우가 있는데요. 2019년에 노벨 화학상을 받은 세 분 있죠. 그중의 하나가 많이 알려진 요시노 아키라 교수라는 분 아사히 카세이의. 그다음에 세 분이 받으셨죠. 굿 이너프 교수 그다음에 스탠리 휘팅엄 교수 그다음에 요시노 아키라 교수. 이 세 분이 배터리로 받으신 거잖아요. 이 중에 굿 이너프 교수라는 분이 1980년대에 개발한 게 바로 리튬인산철 배터리입니다. 그니까 원조는 미국이라는 거죠. 노벨 화학상을 받으신 분이 리튬인산철 배터리를 개발한 거에요.”

-그걸로 상을 받은 거에요?

“네. 이분들은 리튬인산철로 받으신 건 아니고 리튬이온 배터리 총칭해서 받으신 거고요. 리튬이온 배터리의 삼 성분. 삼원계 배터리의 원조라고 할 수 있는 LCO 배터리가 있습니다. 리튬·코발트·옥사이드. 이 양극재를 개발하신 분이 바로 굿 이너프 교수가 1980년대에 개발을 하셨고 리튬인산철은 그 이후에 나옵니다. 1990년대에 똑같이 굿 이너프 교수께서 LFP. 그니까 리튬인산철로 똑같이 리튬이온 배터리의 한 양극재 종류를 만든 거죠.”

-어느 나라 사람입니까?

“미국 사람입니다.”

-미국 사람입니까? 리튬인산철은 구성이 어떻게 됩니까?

“구성은 똑같습니다. 그니까 안에 들어가 있는 양극, 음극, 분리막, 전해질 다 똑같이 들어있고요. 다만 양극재가 예를 들면 NCM 많이 들어보셨잖아요? 니켈·코발트·망간 대신 그냥 리튬하고 산화철을 썼을 뿐입니다. 철.”
-근데 만들기 어렵나요?

“어렵지는 않아요. 생각보다. 근데 어려우면 어려울 수는 있지만, 이 배터리를 가지고 중국이 막 번성하기 직전에 상용화를 잘했던. 추진했던 기업이 미국의 A123라는 회사. 그 기업은 지금 중국의 완샹그룹에 인수가 됐죠. 그래서 완샹A123라고 부르기도 하는데 이 기업이 리튬인산철 배터리로 사업화를 하려다가 실패합니다. 그래서 중국에 팔리게 되고 국내에서는 한화가 리튬인산철 배터리로 사업을 하려다가 또 드롭을 해버렸고요. 그래서 결국에는 중국에서 리튬인산철 배터리를 굉장히 주력으로 밀고 있고 굉장히 잘하고 있고.”

-저희가 과거에 영상에서 테슬라와 LFP 배터리에 대한 얘기를 한 번 영상을 촬영한 적도 있는데 리튬인산철, LFP 배터리에 대해서는 구체적인 얘기는 그쪽 내용을 좀 참조하면 좋겠고 제가 말씀드리면서 궁금한 게 주로 중국 쪽에 있는 전기차에서 그거 많이 씁니까?

“맞습니다. 왜 중국이 잘하냐면 우리 배터리 기업들은 선택한 거예요. 리튬인산철과 삼원계 배터리 둘 중의 하나를 이 중에 어떤 거를 할까? 고민해요. 두 가지를 다 하기는 힘들었어요. 둘 다 만만치 않은 증설이나 이런 게 있어야 하므로 그러면 굳이 할 거면 프리미엄을 하자. 그래서 삼원계 배터리로 집중을 하게 된 겁니다. 근데 지금 와서 보니까 무슨 문제가 발생했냐면 최근에 전기차 배터리 화재 사건도 굉장히 많고 전기차의 안정성에 대한 부분도 많이 얘기가 나오잖아요. 그러다 보니까 상대적으로 안전한 리튬인산철 배터리에 대한 관심이 좀 커지게 됐고 또 다른 한편으론 이런 문제도 있습니다. 테슬라가 쓰게 되면서 상황이 많이 바뀌었어요. 그전에는 중국의 저가 전기차나 저렴한 전기차에 들어갔던 좀 낮은 등급의 배터리를 리튬인산철 배터리로 많이 생각했는데 테슬라가 떡하니 쓰고 나니까.”

-지금 어디에 썼어요?

“리튬인산철 배터리를요? 중국의 어지간한 완성차업체들은 대부분 다 쓰고요.”

-중국에서 판매되는 테슬라에는 LFP가 들어갑니까?

“들어갑니다. 물론 LG가 공급한 삼원계 배터리도 들어가지만, 메인스트림이건 많이 팔 제품에는 LFP 배터리가 들어가고 있죠.”

-어떤 모델입니까?

“모델3, 모델Y 다 들어갑니다. 모델S 빼고.”

-삼원계가 테슬라 중국형 모델도 있고 LFP가 들어간 모델도.

“그럼요.”

-테슬라가 쓰면서 다들 이제 저게 괜찮나 본데? 이렇게 생각을 하게 됐나 보군요.

“일단 리튬인산철 배터리에 장단점이 명확해요. 장점은 일단 삼원계보다 싸죠. 싸다. 그리고 안정성이 상대적으로 괜찮다. 그리고 충전 속도가 빨라요. 단점은 에너지 밀도가 낮다. 에너지 밀도가 낮다는 건 주행거리가 짧다는 거겠죠.”

-얼마 정도나 짧습니까?

“낮게는 60%, 높게는 80% 수준에 그치고 있습니다.”

-그니까 보통 삼원계가 100이라고 치면 60%에서 80% 정도까지밖에 안된다.

“네. 그 정도를 하고 있는데 보통 테슬라가 CATL에 리튬인산철 배터리를 썼을 때 CATL이 제시한 기술이 있어요. 그게 셀투팩(cell to pack)이라고 하는 기술입니다. CTP라는 기술인데 부족한 에너지 밀도를 모듈을 빼므로 인해서 같은 팩에 더 많은 인산철 배터리를 집적해서 주행거리를 최대한 늘리게 만든 거죠.”

-더 많이 넣어서?

“네. 더 많이 넣어서 단순한 방법이죠. 그니까 무게가. 물론 이게 되게 이율배반적인 게 뭐냐면 저희가 여러 번 예전에도 말씀드렸지만, 애플의 조너선 아이브라는 유명한 디자이너 있지 않습니까? 근데 이 양반이 얘기한 게 휴대폰은 계속 얇아져야 하고 사용 시간은 길어져야 하고 근데 배터리는 많이 넣으면 무거워지고 적게 넣으면 사용 시간은 짧아지고 이런 모순적인 모순이 있거든요. 그래서 리튬인산철 배터리로 아무튼 테슬라가 쓰게 되면서 상황이 많이 바뀌었고 또 다른 측면도 있습니다. 시장조사업체에서 나온 얘기인데 2030년이 되면 전 세계에 리튬이온 배터리라는 시장이 존재할 거 아닙니까? 그 시장의 절반 이상이 리튬인산철이 차지하게 된다는 거죠.”

-지금 LFP 배터리 생산하고 있는 회사는 중국의 CATL밖에 없습니까?

“아닙니다. CATL, BYD, 완샹A123라는 기업도 있고 그다음에 에스볼트, 궈시안, 파라시스 등등.”

-중국 기업들 아닙니까?

“대부분 다 중국 기업이죠.”

-그 조사업체는 어떤 이유로 50%가 LFP가 될 거다. 얘기했을까요? 중국에서 그만큼 수요가 많기 때문에 그렇게 봤을까요?

“애플리케이션도 적용 분야를 많이 확대한 거죠. 예를 들면 국내에 돌아다니고 있는 전기 버스의 상당수가 리튬인산철 배터리를 쓰고 있습니다. 물론 전기차 메이커도 BYD 같은 업체들이 거의 장악을 한 상황이고 그뿐만이 아니라 선반, 지게차, 트럭 등등 전기가 들어가서 모터를 굴릴 수 있는 여러 가지 적용 분야에서 리튬인산철이 파고들었고 특히 유럽의 ESS 시장도 리튬인산철 배터리가 굉장히 많이 시장 공략을 적극적으로 하고 있죠.”

-그럼 중국 외의 국가에 있는 배터리 기업 중에 LFP에 대응하는 기업은 없습니까?

“이게 좀 아이러니한 게 일단 일본은 빼고요.”

-일본은 왜 뺍니까?

“일본은 만들 수 있는 메이커가 딱 정해져 있고 파나소닉. 이 정도나 아니면 일부 중소브랜드가 있긴 하지만, 대규모로 하는 기업들은 그렇게 많지는 않고 거의 없다고 봐도 무방합니다. 거의 진짜 별로 없다고 봐도 무방합니다.”

-그래서 오늘 이 영상을 찍는 이유는 LG에너지솔루션에 대한 얘기를 하려고 하고 있는데 지금 뭐 준비하고 있다면서요?

“리튬인산철 배터리를 개발하고 있습니다. 굉장히 구체적으로 개발하고 있고요. 작년 말에 구체화하기 시작해서 올해 윤곽이 어느 정도 나왔어요.”

-그니까 우리가 김치찌개 식당에서 된장찌개도 좀 팔아야 하지 않을까? 라고 논의하는 단계입니까? 아니면 된장을 어디 가서 맛을 보고 사려고 하는 그런 단계입니까?

“실제로 지금 리튬인산철 배터리의 양극재가 아까 말씀드린 산화철을 쓰잖아요. 이 철을 대부분이 중국에서 나오는데 그 재료 조달을 위해서 LG화학을 통해 조인트벤처 얘기까지 좀 나온 거로 알고 있습니다.”

-그 정도로 나왔습니까?

“그 정도까지 나왔고 굉장히 진지하게 왜냐하면 이 질문들이 IR이나 기관 투자자들 사이에서 굉장히 많이 나왔던 근 1년 동안 굉장히 자주 나왔어요.”

-그거 안 합니까? 뭐 이런 식으로.

“준비 안 합니까. 중국이 이렇게 하고 있는데 시장이 앞으로 이렇게 대비하는. 그때마다 국내 배터리 업체들이 얘기하는 톤이 있습니다. 근데 톤이 처음에는 어땠냐면 그거 중국 친구들이나 하는 거고 우리는 프리미엄으로 가서 프리미엄으로 에너지 밀도가 중요하고 뭐 이런 마케팅적인 얘기들을 굉장히 많이 했어요.”

-근데 말씀 들어 보니까 프리미엄이라고 포지셔닝을 해서 그런 거지 장단점이 분명한데.

“그러니까요. 그래서 저희가 처음에 테슬라에 리튬인산철 배터리가 쓰였을 때 영상을 찍은 적이 있거든요. 1여 년 전에.”

-제가 아까 말씀드린 그 영상이죠.

“찍었을 때 무슨 말도 안 되게 테슬라가 저가 배터리를 쓰냐. 근데 잘 아시겠지만, 전방 산업의 세트 업체들은 그렇게 별로 중요하지는 않거든요. 저가를 쓰던 어쨌든 아이폰은 다 made in china죠?”

-그렇죠.

“근데 그게 무슨 상관입니까. 아이폰인데.”

-made in china라고 안 해요. 그냥 designed in California.

“그렇죠. assembled in 뭐 이렇게 하기는 하지만, 중요한 건 세트업체 입장에서는 그 안의 원가를 어떻게든 줄여야 하는 사람들의 입장이 분명히 존재하는 것이고.”

-또 안정성이 있으면 더 좋고.

“그렇죠. 그런 부분들이 복합적으로 고려되는데 아까 말씀드린 것처럼 처음에 ‘리튬인산철 배터리를 대비 안 하세요?’라고 얘기했을 때의 톤과 지금의 톤은 상당한 차이가 있습니다.”

-말하자면 된장찌개는 어디서 된장을 구해서 한 번 끓여봤고 이제 이 정도면 할 수 있겠다고 생각해서 된장을 어디서 구해올지 알아보는 정도 수준이라고 봐야 하는 겁니까?

“네. 그 정도 수준인데 다만 중국하고 차이점이 있다면 중국은 각형 배터리나 원통형 배터리에서 리튬인산철을 구현하는 것이고요. LG에너지솔루션은 파우치형 배터리에서 지금 리튬인산철을 하겠다는 겁니다.”

-처음 가는 길 아닙니까?

“처음은 아니에요. 이 형태의 배터리를 만드는 기업이 아까 말씀드린 A123라는 기업이 파우치형 배터리로 했는데 좀 몇 가지 문제가 있어요. 파우치형 배터리는 정해진 파우치라는 백 안에 많은 에너지, 많은 소재를 집어넣어서 압착하는 게 장점인데 리튬인산철을 썼을 때는 압착하는데 한계가 있다고 합니다. 그래서 똑같이 에너지 밀도를 어떻게 하면 잘 늘릴 수 있을 것인가에 관한 기술 개발이 좀 필요할 것이고요.”

-제가 궁금한 거는 리튬인산철 배터리 아까 얘기한 재료 같은 거 어디서 구해올지 이런 거 다 정해졌고 투자를 하자. 이렇게 되면 기존의 라인은 못 쓰는 겁니까? 아니면.

“아닙니다. 라인도 똑같이 운영이 가능합니다. 그니까 안에 처음에 원료 투입, 믹싱, 전극, 조립, 후공정 일까지 모든 공정 장비를 거의 그대로 쓸 수 있고요. 다만 여기서 바뀌는 거는 재료밖에 바뀌는 게 없어요. 분리막도 똑같이 쓰이고요. 물론 분리막을 습식에서 건식으로 바꾼다든가 분리막 두께 여러 가지 조성이 많이 바뀌긴 하지만, 장비는 거의 그대로 쓸 수 있습니다. 다만 원료 조달이나 프로세스상에 약간의 변화만 좀 필요할 뿐이고요.”

-그러면 LG화학과 거래하는 하방에 있는 기업들보다는. LG화학이 아니죠. LG에너지솔루션이죠. LG에너지솔루션 그 자체 회사로의 앞으로 제품 라인업 다양화 그런 거로 볼 수 있는 거군요?

“그런 데다가 한 가지 더 LFP 배터리에 대해서 우리 국내 배터리 업체들의 톤이 크게 바뀌었다는 건요. 삼성SDI가 최근에 이런 거를 내부적으로 정한 게 있습니다. 유럽에도 ESS 시장이 존재할 거 아닙니까. 전 세계 어디든. 근데 유럽은 중국에 대한 규제가 거의 없어서 리튬인산철 배터리를 쓴 ESS가 시장을 장악할 것으로 판단. 중국이 진입할 수 없는 미주 시장이 집중할 것이라고 전략을 어느 정도 기틀을 세웠어요. 왜? 미국에서는 중국 원료 투입이나 이런 것들. 원료를 가지고 오고 중국산 배터리에 착안하고 있거든요. 그러면 국내 삼원계 배터리 업체들이 진출하기가 용이하겠다. 그니까 유럽 시장은 중국산 LFP 배터리가 차지할 것이라는 걸 이미 국내 배터리 업체들은 어느 정도 알고 있는 거에요. 밖에다 대놓고 얘기하진 않겠지만.”

-지금 그러면 그 재료를 어디서 가져와야 할지 알아보는 정도 수준이면 실제로 이 친구들이. 그니까 LG에너지솔루션이 LFP 배터리를 생산한다는 얘기가 나오려면 하는 방향으로 완전히 구조됐다고 하면 시간이 걸리긴 하겠네요.

“제 생각에는 물론 예상이긴 합니다만 아주 오랜 시간이 걸리진 않을 거로 생각합니다. LG 내부에서도 지금 의사 결정을 하시는 분들의 몇 가지 공통점들이 있는데 여러 가지 성공 스토리를 가지고 있어요. 예를 들면 파우치형 배터리로 GM에 대량으로 전기차 배터리를 공급했다. 혹은 라미네이션&스태킹이라는 기술을 개발해서 굉장히 좋은 평가를 받았다. 그래서 LG 내부에서는 요즘 각형이니 이런 얘기 많이 하지만, SK이노베이션도 각형 배터리를 많이 한다고 하고요. 파우치형 배터리라는 플랫폼이 있기 때문에 그 배터리 내에서 여러 가지 재료만 바꿔서 리튬인산철을 하는 거 자체는 별문제가 없고 실제로 준비를 한다면 1여 년 정도면 충분하지 않을까.”

-GM 얘기하셨는데 그거는 최근에 안 좋은 일 아닙니까?

“GM은 계속해서 완성차업체가 3차 리콜까지 지금 하는 상황이고 물론 배터리에 필드 사고가 나면 걷잡을 수 없습니다. 바꿔 얘기하면 그만큼 배터리가 많이 팔렸다는 얘기니까 문제는 한 번 불이 나면 원인 파악이 어렵습니다.”

-그거에 대해서 조금 더 안정성 있게 하려는 준비도 회사 내에서 하겠죠. 불이 좀 덜 날 수 있는 조건이 예전에는 몇 도에서 불이 붙었다고 하면 그 조건을 더 넓게 한다는.

“많이 하고 있습니다. 특히 LG는 지금 저희가 나중에 좀 자세히 말씀드리겠는데 모듈이나 팹 단에서 자체적으로 솔루션들을 집어넣으려고 하고 있어요. 예를 들면 배터리 셀을 여러 가지로 10개를 모으면 모듈이 되고 모듈을 또 모으면 팩이 되잖아요. 그 모듈하고 팩에 들어가는 강판. 이 강판을 초고장력 강판을 쓴다든가 배터리가 부푸는 것을 막아서. 아니면 팩을 아예 밀봉해버리는 겁니다.”

-그러니까 불나기 전에 어느 정도. 다만 몇 초, 1~2분이라도 시간을 주면 사람들이 피신할 수 있는데. 그렇죠?

“그렇죠. 그것도 있고 또 만약에 배터리 셀에서 불이 나더라도 불이 나려면 조건이 필요하죠. 산소가 필요하고 뭔가 불이 탈 재료가 필요하잖아요. 배터리 팩에서 불이 나더라도 밖으로 아예 새어 나오지를 못하도록 완벽 밀봉을 해버리는 방법도 있어요. 물론 배터리 셀 내에 산소가 있어서 이게 그 안에서 타도 배터리 팩 내에서 자동으로 다 타버리고 끝나도록. 전소되진 않도록 하는 거죠.”

-그니까 건물에 불나면 차단막이 내려오듯이.

“그렇죠. 비슷하게 그렇게 하는 겁니다.”

-그런 식의 얘기를 하고 있군요. 오늘 LFP 배터리에 대해서 LG에너지솔루션이 굉장히 진지하게 고민을 하고 있고 구체적인 활동을 하고 있다는 내용 전해드렸습니다. 고맙습니다.

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