3년새 몸집 2배 불린 中 배터리.. 가성비·안전성 알고보니 헛바퀴 [전기차 오디세이]

'구세주' 자처한 LFP의 진실

치열한 한중전 양상으로 치닫는 글로벌 배터리 산업을 꿰뚫는 키워드는 바로 ‘양극재’다. 중국은 ‘리튬인산철’(LFP), 한국은 ‘삼원계’(NCM, 니켈·코발트·망간) 양극재에 각각 주력하고 있다. 공고했던 ‘K배터리’의 위상이 최근 흔들리는 가운데, 이는 글로벌 양극재 사용량 추이에서도 드러난다. 26일 SNE리서치에 따르면 2019년 22.5%에 머물렀던 LFP의 글로벌 비중은 올 1분기 41.4%까지 확대됐다. 중국 내수를 중심으로 사용량을 확 늘렸기 때문이라는 게 업계의 분석이다. 여기에 더해 “LFP는 저렴하면서도 안전해 고공행진 중인 전기차의 경제성을 높여 줄 ‘구세주’”라는 평가까지 나온다. 사실일까.

LG에너지솔루션의 배터리가 탑재된 제너럴모터스(GM) 산하 GMC의 전기차 ‘허머EV’.

우선 저렴한 건 부정할 수 없는 사실이다. 코발트·니켈 등 배터리의 가격을 좌우하는 고가의 광물이 들어가지 않아서다. 통상 LFP가 삼원계보다 2배 가까이 저렴한 것으로 알려져 있다. 다만 그만큼 에너지 밀도와 출력이 떨어져 주행거리가 짧다는 게 단점이다. 무게도 삼원계 배터리보다 30% 정도 더 나간다.

그러나 그동안 ‘정설’로 받아들여진 “안전하다”는 주장에는 의문부호가 찍힌다. 양극재 내에서 열을 유발하는 니켈을 쓰지 않아 화재로부터 안전하다는 논리다. 그러나 최근 LFP 사용 비중이 압도적인 중국에서도 전기차 화재 사고가 빈번하게 일어나고 있다. SNE리서치가 최근 내놓은 ‘중국 LFP 배터리 발화 위험성 대두’라는 제목의 보고서를 보면 중국의 전기차 회사 비야디(BYD)는 지난 4월 전기 스포츠유틸리티차(SUV) ‘탕디엠’의 배터리팩 결함으로 9663대에 대해 리콜(결함시정조치)을 실시했다. 비야디 관련, 이달 들어서만 2건의 화재가 보고됐으며 앞서 2019~2021년에도 ‘당’, ‘E5’ 등의 화재 사실이 전해졌다. 업계 관계자는 “중국 정부의 통제로 알려지지 않은 것까지 합치면 실제 화재는 더 많을 것으로 추정된다”고 말했다.

전기차용 양극재 시장에서 리튬인산철(LFP)에 집중하는 중국 CATL의 각형 배터리.

양극재보다는 전해액이나 음극재, 배터리 설계에 화재의 궁극적인 원인이 있다는 걸 뒷받침하는 연구 결과도 있다. 에너지 분야 저명 학술지 ‘에너지 스토리지 머티리얼즈’에 실린 논문 ‘전기차 배터리 열폭주 현상 리뷰’에 따르면 배터리의 ‘열폭주’는 전기차 화재의 주요 원인 중 하나다. 열에 취약한 특정 부분에서 최초 발화가 시작된 뒤 순식간에 온도가 치솟으며 다른 부품으로 번지는 현상이다. 핵심은 ‘처음 불이 어디서 났는지’다. 양극재는 LFP, NCM을 막론하고 음극활물질이나 전해질보다 열적 안전성이 뛰어나다. 즉 배터리 내부의 최초 발화점으로 보기 어렵다는 뜻이다. 연구진은 음극활물질 등의 표면에 생기는 피막(SEI)이 주로 문제를 일으키는 것으로 보고 있다.

LFP는 재활용 과정에서도 골치를 썩인다. 우선 문제는 무게다. 삼원계보다 무거운 만큼 재처리 과정에서 별도의 물류비가 발생한다. 폐배터리팩 1만t 후처리 시 투입되는 비용 중 물류비가 차지하는 비중은 NCM이 6%, LFP는 26%나 된다. 게다가 고가의 금속이 들어가지 않는 만큼 똑같은 용량의 배터리를 재활용했을 때 회수되는 금속의 가치도 LFP가 NCM의 4분의1 수준으로 상당히 떨어진다. LG에너지솔루션의 추산에 따르면 재활용을 통한 배터리 비용 절감 효과는 NCM이 LFP보다 ㎾h당 약 4달러 이상 우위다.

그래서일까. 원자재 가격이 치솟으면서 저렴한 LFP가 각광을 받고 있음에도 K배터리 3사(LG에너지솔루션·SK온·삼성SDI)의 행보는 도도하다. 국내 언론들의 “우리 기업들도 LFP 시장에 뛰어들어야 하는 것 아니냐”는 지적에도 크게 움직임이 없다. “에너지저장장치(ESS) 사업에 적용할 계획이 있다”(LG에너지솔루션), “밀도나 출력이 삼원계보다 열위고 원가 이슈가 있어 양산할지 고민해 보겠다”(SK온), “(LFP는) 낮은 에너지 밀도로 한계가 있을 것”(삼성SDI) 등의 이야기를 내놓고 있다. 한마디로 ‘못 하는 게 아니라 안 하는 것’이라는 얘기다.

업계 관계자는 “논란의 여지 없이 ‘정말’ 안전한 산업의 게임체인저 ‘전고체 배터리’ 상용화까지는 밟아야 할 단계가 많아 리튬이온 배터리의 두 양극재 경쟁은 앞으로도 계속될 전망”이라며 “소재를 막론하고 배터리라는 제품이 열과 화재에 취약할 수밖에 없는 만큼 안전성을 확보하기 위한 꾸준한 노력이 뒷받침돼야 한다”고 말했다.

오경진 기자