LG엔솔, 저렴하고 밀도 높은 '고전압 미드니켈'로 승부수

내년 고전압 미드니켈 NCM 배터리 양산 목표
니켈 낮추고 망간 함량 높여…고전압으로 에너지 극복
'단결정 양극재' 기술 박차…에너지 용량·수명 ↑

[서울=뉴시스]LG에너지솔루션의 미국 미시간 공장 생산라인에서 직원들이 생산된 배터리 제품을 살펴보고 있다. (사진=LG에너지솔루션) 2024.07.31 photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]이다솜 기자 = LG에너지솔루션이 중·저가 배터리의 '게임 체인저'로 불리는 고전압 미드니켈(Mid-Ni) 배터리로 승부수를 띄운다. 기존 미드니켈 배터리 대비 저렴한 가격과 높은 에너지 밀도를 충족하기 위해 개발에 박차를 가하고, 내년에는 본격 양산에 나선다는 계획이다.

1일 업계에 따르면, LG에너지솔루션은 2025년 내 고전압 미드니켈 NCM(니켈·코발트·망간) 배터리의 양산을 목표로 하고 있다. 이때 배터리 스펙은 에너지 밀도 670Wh/L(와트시리터) 및 하이니켈 배터리 대비 셀 안정성은 30% 이상, 가격은 약 8% 절감할 것으로 예상된다.

미드니켈 배터리는 NCM을 양극재로 사용하는 배터리 중, 니켈(Ni)의 함량 비율이 ‘40~60%’ 구간에 속하는 배터리를 말한다. 현재 연구 중인 미드니켈 배터리는 ‘고전압 미드니켈 배터리’로 기존 미드니켈 배터리와 몇 가지 차이가 있다.

먼저 고전압 미드니켈 배터리는 니켈 함량 50~60%에 망간 함량을 높여 안전성을 높이고, 상대적으로 낮아진 에너지 용량은 고전압을 통해 에너지 밀도를 끌어 올렸다.

안전성과 함께 갖춘 또 다른 경쟁력은 ‘가격’이다. 미드니켈 배터리는 값비싼 니켈과 코발트 함량 비율을 낮추고 저렴한 망간 비율을 늘려 제조 원가를 절감할 수 있다.

특히 아울러 미드니켈 배터리에는 수산화리튬이 아닌 탄산리튬을 사용할 수 있어 추가적인 가격 경쟁력 확보가 기대된다.

니켈은 높은 온도에서 리튬과 합성이 쉽지 않다는 특징이 있다. 니켈 함량이 높을 경우, 탄산리튬보다 녹는점이 낮은 수산화리튬이 사용되는데 미드니켈 배터리에는 수산화리튬 보다 저렴한 탄산리튬을 사용할 수 있어 이점이다.

한편 LG에너지솔루션에서는 더 높은 완성도의 고전압 미드니켈 배터리 구현을 위해 '단결정 양극재' 기술에 박차를 가하고 있다.

단결정 양극재란 현재 주로 활용되는 다결정 양극재와 달리, 소재 단위 입자가 하나의 결정 형태를 이루고 있는 것을 의미한다. 이 기술은 하나의 입자 단위로 구성된 덕분에 높은 압력에서도 균열이 적어 고전압 미드니켈 배터리의 높은 전압을 견딜 수 있다.

아울러 단결정 양극재 기술을 적용하면 다결정 양극재 대비 에너지 용량을 약 10%, 수명을 30%가량 향상시킬 수 있다는 연구 결과도 있다.

한편 지난 3월 서울 코엑스에서 개최된 2024 인터배터리 어워즈에서 LG에너지솔루션의 '미드니켈 퓨어(Pure) NCM' 배터리는 올해 최고 혁신상을 수상했다. 이 배터리는 고전압에서 구동 가능한 미드니켈 'NCM613' 소재를 탑재한 노트북용 배터리다.

향후 LG에너지솔루션은 단결정 양극 소재를 활용해, 고전압 환경에서의 내구성을 확보한 뒤 내년께 고전압 미드니켈 LCM 배터리 양산을 목표로 하고 있다. 추가적인 연구를 통해 다음 세대 배터리에서 세부 스펙을 끌어올릴 목표도 수립했다.

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