‘누가 더 오래가나?’ LG화학 vs CATL, 주행수명 100만마일 배터리 두고 경쟁
‘누가 더 오래가나?’ LG화학 vs CATL, 주행수명 100만마일 배터리 두고 경쟁
  • 박상우 기자
  • 승인 2020.09.25 15:46
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

GM과 LG화학이 공동개발하고 있는 얼티움 배터리.

[M오토데일리 박상우 기자] 최근 배터리업체들은 전기자동차용 배터리의 주행수명을 확대하기 위해 집중하고 있다. 이는 전기차의 가격을 좌지우지하는 배터리의 가격을 낮추고 내구성을 강화해 안전성을 높이기 위함이다.

이를 위해 LG화학, CATL 등은 주행수명이 100만 마일 이상인 배터리를 출시하기 위해 개발에 열을 올리고 있다. 이를 먼저 선보인 곳은 중국의 CATL이다.

중국 CATL은 테슬라와 공동 개발한 주행수명이 100만 마일(약 160만km)에 달하는 배터리를 지난 7월부터 테슬라의 중국 상하이 공장에 공급하고 있다.

이 배터리는 양극재가 리튬인산철로 이뤄진 신형 리튬인산철(LiFePO4) 배터리로 하이니켈계열 배터리보다 에너지밀도가 떨어지나 비싼 코발트를 쓰지 않아 가격 경쟁력이 우수하다.

테슬라와 CATL은 이 배터리를 사용하면 100kW급 배터리의 가격을 80kW급 수준으로 절감할 수 있어 차량 판매 가격을 3,000~4,000달러 낮출 수 있을 것으로 기대하고 있다.

또 LFP 배터리가 양산된 지 오래됐기 때문에 양산성과 안전성이 높다. 특히 연간 7만5천마일, 16년간 120만 마일을 사용할 수 있을 정도로 기존 배터리보다 수명이 길다. 현재 전기차 배터리의 수명은 10만~20만 마일 정도다.

테슬라는 이 배터리를 탑재한 중국용 모델3를 이르면 올 연말부터 판매할 계획이다. 다만 에너지 밀도가 낮기 때문에 이 배터리를 기본 모델인 스탠다드 레인지 플러스에만 적용하고 상위 모델인 롱레인지와 최상위 모델인 퍼포먼스에는 LG화학이 공급하는 배터리를 탑재한다.

CATL은 LFP의 약점인 낮은 에너지 밀도를 개선하기 위해 망간을 추가한 LFMP 양극재를 탑재한 배터리를 개발하고 있으며 테슬라도 관심을 기울이는 것으로 알려졌다. 다만 가격이 상승할 가능성이 있다.

또 CATL은 주행수명이 200만km(약 124만 마일)인 LFP 배터리를 중국 지리자동차가 출시할 전기차에 탑재할 예정이다.

최근 볼보자동차의 모기업인 중국 절강지리홀딩스그룹은 첫 번째 전기차 전용 플랫폼인 SEA(Sustainable Experience Architecture)을 공개했다. 이 플랫폼을 활용해 자율주행 및 커넥티드를 포함한 보다 지능적인 자동차를 개발할 예정이다.

CATL이 생산하고 있는 배터리.

LG화학은 이런 행보에 대응하기 위해 알루미늄을 음극재로 사용하면서 코발트의 양을 줄인 NCMA(니켈, 코발트, 망간, 알루미늄) 배터리를 개발하고 있다.

이 배터리는 양극재 내 니켈 함량이 89~90%에 달하고 비싼 코발트는 5%이하로 줄인다. 거기에 값싼 알루미늄 소재를 추가해 가격경쟁력을 높이게 된다. 알루미늄 1톤당 가격은 1,500달러로 3만달러 수준인 코발트 대비 20배 가량 저렴하다.

또한 알루미늄 특성상 출력 성능까지 개선되어 향후 대세가 될 트럭 등 차세대 전기차에 더 적합한 배터리를 만들 수 있다. 뿐만 아니라 수명, 용량, 저항 등에서 하이니켈 배터리 경쟁사 대비 모든 배터리 성능에서 우수하다.

즉, CATL 등이 LFP에 망간을 추가해 에너지 성능이 개선하지만 가격이 높아지므로 LG화학이 NCM에서 성능을 오히려 올리면서 가격을 낮출 수 있는 알루미늄을 추가해 대응하는 것이다.

LG화학은 이 배터리를 2021년부터 양산할 계획이다. 또 이 배터리를 기반으로 GM과 공동개발하고 있는 얼티움 배터리를 선보일 예정이다.

지난 3월에 처음 공개된 얼티움 배터리는 현재 사용되고 있는 단단하고 견고한 배터리 셀이 아니라 유연하게 장착할 수 있는 파우치형 배터리로, 모듈식 추진시스템과 차량의 레이아웃에 따라 수직 또는 수평으로 적용할 수 있어 적은 무게로 적은 공간에 많은 용량을 적재할 수 있다.

또 이 배터리는 알루미늄을 음극재로 사용함으로써 희토류인 코발트의 양을 70% 가량 줄이는 새로운 NCMA(니켈, 코발트, 망간, 알루미늄) 조합을 사용하기 때문에 배터리 가격을 크게 낮출 수 있는데다 용량을 50~200kWh까지 지원해 주행거리를 최대 400마일(645km)까지 늘릴 수 있다. 여기에 배터리의 주행수명을 100만 마일까지 확보할 계획이다.

여기에 GM과 LG화학은 미국 오하이오주에 세워질 배터리셀 합작 공장에 배터리를 무선으로 모니터링을 할 수 있는 ‘무선 배터리 관리 시스템(WBMS)‘을 갖춘다.

미국 오하이오주에 세워질 GM과 LG화학의 배터리셀 합작회사 전경.

이 시스템은 GM이 미국 반도체 업체 아날로그 디바이스(ADI)와의 협업 과정에서 Wi-Fi에 배터리 팩을 장착하는 방법을 알아내 WBMS를 개발, 배터리용 회로 기판에 무선주파수(RF) 안테나를 결합한 것이 특징이다.

특히, WBMS를 사용하면 배터리 개별 모듈이 기존 케이블 대신 무선 네트워크를 통해 통신 할 수 있는데, 이를 통해 배터리 어셈블리에 필요한 배선의 양을 최대 90%까지 줄여 무게와 비용을 줄이고 더 깨끗하고 조립하기 쉬운 배터리를 만들 수 있다. 여기에 모든 정보는 암호화돼 해킹이 차단된다.

WBMS는 배터리 성능향상을 위해 개별 셀그룹까지 배터리 화학물질 균형을 맞추도록 설계됐고, 배터리 팩의 주기적인 상태점검도 실시간으로 수행할 수 있어 배터리의 작동 수명을 연장시켜 준다. 또, 내구 연한이 끝나면 재사용할 수 있으며, 다른 호환 배터리 팩과 결합, 가정이나 기타시설에 전력을 공급할 수도 있다.

GM과 LG화학은 이 얼티움 배터리의 생산을 합작법인에 맡길 예정이다. 이를 위해 양 사는 현재 미국 오하이오주에 합작법인의 배터리셀 공장을 세우고 있다.

이 공장은 2022년 1월부터 가동을 시작할 예정이며 1,100명의 직원이 고용된다. 생산된 배터리는 볼트EV를 포함해 GM그룹의 차세대 전기차에 탑재된다.

아울러 파나소닉은 지난 2017년에 출시한 니켈-코발트-알루미늄 캐소드에서 코발트 함량을 5% 미만으로 줄이는 등 기존 배터리를 단계적으로 개선하고 있으며 2~3년 안에 코발트가 없는 배터리를 상용화할 예정이다.

파나소닉은 이 배터리의 평균 밀도가 CATL의 리튬인산철배터리보다 훨씬 높고 고밀도 에너지와 적은 코발트 사용으로 안전성 및 가격경쟁력이 높다고 강조하고 있다.

파나소닉의 신형 배터리는 이달부터 네바다 공장에 공급을 시작할 예정이다.


관련기사

댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.