3원계 배터리를 LFP 배터리 가격수준으로 낮추는 방법

배터리도 결국은 가격경쟁력 

전기차의 대중화를 위해 중. 저가 차량의 개발이 더욱 활발하게 이루어지고 있다고 말씀드렸습니다. EV의 가격이 낮아지기 위해서는 세그먼트 별 특성에 맞는 설계도 중요하지만 전반적인 부품의 가격 역시 개선이 선행되어야 하겠습니다. 그중에서 가장 큰 비중을 차지하는 배터리는 1순위 대상임은 당연하다고 하겠습니다. 

 

하지만 배터리의 조성이 결정되면서부터 사실상 가격은 결정되는 것과 다름없습니다. 그러나 케미스트리가 결정되었다고 해서 가격을 더 낮추지 못하면 사실상 선택지가 줄어드는 것 말고는 다른 방법 없는 샘입니다. 만일 3원계 조성인 NCM, NCA 또는 NCMA 케미스트리에서도 다른 방법을 통해 저렴한 LFP 배터리 수준의 가격을 확보할 수만 있다면 매우 획기적인 사안이 될 것입니다. 

 

차세대 배터리 제조기술을 통한 원가절감 

 

여기 배터리 공정개선을 통한 가격경쟁력을 확보할 방법이 있습니다. 

이 방법을 통해서 3원계 조성의 배터리가격을 중국이 주도하는 LFP 수준으로 가격을 낮출 수 있습니다. 3원계 조성 배터리의 에너지 밀도특성을 유지하면서도 보다 저렴하게 공급할 수 있는 유일한 대안이 될 것으로 기대하고 있습니다. 

 

그동안 리튬이온배터리의 제조공정은 니켈, 코발트, 망간 등으로 이루어진 활물질과 도전재, 바인더 등을 용매에 섞어진 슬러리(Slurry) 형태로 금속 극판에 코팅한 후 건조로를 통해 건조하는 방식인 습식공정(Wet)을 사용해 왔습니다. 따라서 슬러리 제조를 위한 공정 및 건조를 위한 건조로와 설비가 필수적이었습니다. 

 

하지만 습식공정이 아닌 건식공정을 택하면 이런 부가적인 공정을 제거할 수 있어서 제조비용을 17%에서 최대 30%까지 낮출 수 있습니다. 

 

건식공정은 활물질과 도전재, 바인더를 용매 없이 혼합한 고체상태의 파우더를 전극에 직접 코팅하는 방식입니다. 이를 통해 앞서 설명한 부가적인 공정을 소거하여 설비투자와 공정비용을 절감할 수 있습니다. 

건식공정을 도입하게 될 경우 현재 가장 저렴한 LFP 배터리 수준의 단위당 가격 수준까지 끌어내릴 수 있게 되어 좀 더 효율적인 배터리를 더 저렴한 가격으로 공급이 가능하게 될 예정입니다. 

 

배터리 건식공정에 대한 장. 단점 

1. 건식공정의 장점

1) 유기화합물인 용매 사용을 하지 않고, 건조를 통한 대기 방출도 없어서 기존 보다 환경오염을 줄이고 작업환경 역시 쾌적해지게 됩니다. 

2) 슬러리 배합공정이 없어지고, 용매의 증발을 위한 RTO 및 건조로 설비가 없어지므로 건조비용 및 운영에 들어가는 에너지비용을 절감할 수 있습니다. 

3) 기존보다 공정이 단순해지기 때문에 생산효율이 증가하고, 생산속도와 수율측면을 개선시킬 수 있습니다. 

 

2. 건식공정의 단점 

아직 완벽한 양산이 진행되지 않은 만큼 단점이라기보다는 남겨진 과제라고 할 수 있는 일부 문제들이 있습니다. 

1) 고체상태의 건식코팅 후 전극의 균일성 유지가 어렵고, 이로 인한 배터리의 성능저하 문제가 있을 수 있습니다. 

2) 건식공정의 배터리는 습식공정에 비해 전도성이 떨어질 수 있어서 이 또한 성능저하의 원인 될 수 있습니다. 

 

배터리 건식공정 현수준

배터리 건식공정은 케미스트리의 구분 없이 생산비용을 크게 낮출 수 있는 방식이어서 모든 업체들이 관심을 가지고 연구하고 있습니다. 이미 LG에너지솔루션은 10년 전부터 이 공정에 대해서 연구해 오고 있으며, 현재 양산에 가장 근접한 업체로 추정되고 있습니다. 테슬라의 4680 배터리 역시 건식공정을 통한 제조를 진행 중이지만 현재 음극에만 건식공정을 적용하고 있는데, 이마저도 수율문제로 대량생산이 지지부진한 것으로 알려져 있습니다. 따라서 추후 건식 양극전극 공급은 외부 소싱에 의지할 것으로 보이며, 현재 유일하게 LG에너지솔루션이 논의되고 있습니다. 

새로운 제조방식의 4680배터리가 적용된 테슬라 사이버트럭

 

또한 최근 삼성 SDI 역시 천안사업장에 건식공정 파일럿 라인을 완공한 것으로 보도되었으며, 시험생산을 검토 중인 것으로 압니다.

SK온은 앞서 두 업체보다 개발속도가 늦은 감은 있지만 '3D 프린팅' 방식을 전극공정에 도입하는 등 다양한 방식을 고민 중이라고 합니다.

 

리튬이온 배터리의 건식공정은 현재 배터리 제조기술의 한계를 극복하고 더 나은 성능과 효율성을 제공할 수 있다는 점에서 많은 관심이 집중되고 있습니다. 친환경적이고, 비용 절감효과가 기대되지만 한편으로 기술적으로 해결해야 할 과제들이 남아있어 추가적인 연구가 필요한 분야이기도 합니다. 하지만 분명한 것은 전기차 대중화 측면에서 큰 변화를 가져올 수 있는 확실한 미래 핵심기술이라는 점에서 도달해야 할 위치임에는 분명합니다. 더 나은 기술개발을 통해서 국내 배터리 업체들이 시장경쟁에서 우위에 설 수 있도록 응원하겠습니다.