[M오토데일리 박상우 기자] 삼성SDI가 하이니켈 양극재와 실리콘 음극재가 적용된 배터리와 코발트 프리 양극재가 적용된 배터리로 이분화해 전기차 시장을 공략한다.

2일 삼성SDI는 2021년 3분기 실적 발표 컨퍼런스콜에서 “향후 전기차 시장에서 성능과 가격에 대한 다양한 니즈가 증가하면서 배터리 시장도 프리미엄 중심에서 불륨 시장 등으로 세분화될 전망”이라고 운을 뗐다.

이어 “프리미엄 시장은 실내공간을 확보하고 높은 성능을 구현하기 위해서 고에너지밀도, 급속 충전 등에 성능이 요구될 것으로 보이며 볼륨 시장에서는 원가 경쟁력이 보다 강조될 것으로 보인다”면서 “시장 세분화에 맞춰서 각 시장 특성에 맞는 배터리 기술 개발을 통해 시장 대응을 해나갈 예정”이라고 밝혔다.

또 “프리미엄 시장은 하이니켈 양극재와 실리콘 음극재 활용해 에너지밀도 최대화하고 신공법을 적용해서 급속 충전 성능을 강화할 계획이며 볼륨시장에서 원가경쟁력을 확보하기 위해 코발트를 망간으로 대체하고 코발트 프리 양극재를 적용해 재료비를 절감하고 제조 공정상에서도 원가를 절감해나갈 계획”이라고 덧붙였다.

테슬라, 폭스바겐, 다임러 등은 최근 엔트리 전기차에 리튬인산철(LFP) 배터리를 적용할 계획이라고 밝혔다.

LFP 배터리는 양극재로 니켈·코발트·망간(NCM) 또는 니켈·코발트·알루미늄(NCA)을 쓰는 삼원계 배터리와 달리 산화철을 이용하기 때문에 에너지 밀도가 삼원계 배터리의 60% 수준에 불과하고 무게가 무겁다. 대신 안정성이 높고 충전속도가 빠르다는 장점이 있다. 무엇보다 비싼 코발트를 쓰지 않아 삼원계 배터리보다 가격이 낮아 저렴한 전기차를 판매하려는 업체들이 LFP 배터리를 주로 채택하고 있다.

즉 이들은 엔트리급 전기차에 에너지밀도가 낮으나 가격이 저렴한 LFP 배터리를, 프리미업급 전기차에 에너지밀도가 높고 급속 충전 성능을 갖춘 양극재로 니켈·코발트·망간(NCM) 또는 니켈·코발트·알루미늄(NCA)을 쓰는 삼원계 배터리를 적용한다는 것이다.

테슬라의 경우 현재 중국 상하이 공장에서 생산되는 엔트리급 전기차인 모델3 스탠다드 레인지 모델에만 LFP 배터리를 적용하고 있다. 그러나 중국이 LFP 배터리 관련 특허를 모두 갖고 있어 중국 이외 지역에서 판매되는 차량에는 탑재되지 않는다.

그런데 LFP 배터리 관련 특허가 조만간 만료될 예정이다. 이에 테슬라는 중국 이외 지역에서 판매되는 엔트리급 전기차인 모델3 스탠다드 레인지와 모델Y 스탠다드 레인지에 LFP 배터리 탑재를 추진하는 것이다.

다만 모델와 모델Y의 롱레인지 모델 또는 퍼포먼스 모델, 모델S와 모델X에는 자체 개발한 4680 배터리를 적용할 계획이다.

지난해 9월 배터리데이를 통해 공개된 4680 배터리셀은 가로 46mm, 세로 80mm로 파나소닉이 네바다 기가팩토리에서 생산하고 있는 테슬라 2170 배터리셀보다 두 배 크다.

배터리셀의 직경을 두 배로 늘리면 셀의 부피는 4배가 되는데 이를 효율적으로 사용하면 케이스와 셀의 갯수를 현재 배터리셀보다 낮출 수 있어 비용을 절감하면서도 많은 용량을 확보할 수 있다.

4680 배터리셀의 에너지밀도는 현재 배터리보다 5배 높고 전력 생산량은 6배 많다. 이로 인해 주행거리는 최대 16% 늘릴 수 있다고 테슬라는 설명했다.

무엇보다 탭이 없는 전극이 적용됐기 때문에 비용이 절감되고 제조가 단순화된다. 이 때문에 배터리 가격을 1kWh당 14% 낮출 수 있다. 4680 배터리셀 제조 공정에 건식 전극 공정을 적용해 배터리 생산에 들어가는 비용을 절감할 예정이다.

메르세데스 벤츠는 오는 2024년부터 EQA와 EQB 등 엔트리 전기차에 LFP 배터리를 탑재할 계획이며 현재 배터리를 공급하는 중국의 CATL와 협력할 것으로 보인다. 그러나 EQE, EQS 등 프리미엄급 전기차에는 하이니켈 배터리가 적용된다.

이런 가운데 삼성SDI는 LFP 배터리를 개발하는 대신 LFP 배터리보다 에너지밀도가 높고 기존 삼원계 배터리보다 가격이 저렴한 배터리를 개발하기 위해 NCA(니켈·코발트·알루미늄) 배터리에서 코발트를 제외하는 코발트 프리 배터리 개발을 추진하는 것이다.

삼성SDI뿐만 아니라 LG에너지솔루션도 저가 전기차 시장을 공략하기 위해 코발트 프리 배터리를 개발하고 있다.

LG에너지솔루션은 지난달 25일에 열린 3분기 실적 컨퍼런스 콜에서 “소재의 장점을 고려해 공간, 무게 제약이 없고 비용 경쟁력이 중요한 ESS(에너지저장장치) 시장에 우선 양산 적용을 위해 개발을 진행 중”이라며 “전기차 배터리에는 당장 LFP 배터리를 적용하지 않고 저가 전기차 시장 공략을 위한 코발트 프리 배터리를 개발하고 있다”고 설명한 바 있다.