中 주도 LFP 배터리, 시장 판도 흔든다

망간 섞은 차세대 LMFP 주목도↑…국내 기업도 뒤늦게 개발 러시

(지디넷코리아=류은주 기자)"니켈·코발트·망간(NCM) 배터리가 '혁신'이라면, 리튬·인산·철(LFP) 배터리는 '개선'입니다."

김수진 럼플리어 대표는 29일 서울 구로구 산업교육연구소에서 열린 '차세대 배터리 화재 예방을 위한 신기술 개발 동향과 난제 실용화 방안 세미나'에서 이같이 말했다.

'LFP 소재 핵심 기술개발 동향 사례와 전망, 화재에 대한 주요 과제'를 주제로 강연한 김 대표는 "배터리의 발전 방향은 크게 두 가지로 새로운 소재와 구조를 지닌 신개념 배터리를 개발하거나, 기존 제품을 개선하는 형태의 개발이 있을 것"이라며 "한국이 전고체와 리튬황 배터리 등 혁신 제품 개발에 열을 올렸다면, 중국은 그동안 안정성을 높이고 주행거리를 늘리는 방식으로 LFP 배터리 개선에 주력해 왔다"고 말했다.

김수진 럼플리어 대표 (사진=지디넷코리아)

중국 기업들의 이러한 연구는 빛을 발하기 시작했다. NCM·NCA 같은 삼원계 배터리보다 성능이 떨어지고 무거워 외면받던 LFP 배터리가 시장의 판도를 바꾸고 있기 때문이다. 시장조사업체 SNE리서치는 LFP 배터리가 2030년 세계 이차전지 시장점유율 절반 이상을 차지할 것으로 전망했다. 이에 대응하기 위해 국내 배터리 3사들도 LFP 배터리 개발에 박차를 가하고 있다.

김 대표는 "현재 만들어지는 LFP는 한 가지 물질만 들어간 것이 아니라 고상과 액상 합성법을 믹스해서 사용하는 등 가격을 줄이면서 안정성도 높이고 에너지 밀도를 올리려는 다양한 개선법을 찾아나가고 있다"며 "건식 혼합 생산과 연속공정 전구체 생산 시스템 채택 등으로 공정을 간소화해 비용도 낮췄다"고 설명했다.

이어 "NCM에 비해 에너지 밀도가 떨어지고 저온에 약하다는 단점을 보완하기 위해 자동차 엣지 부분에는 NCM을 탑재하고 중간에는 LFP를 포진하는 배터리 팩을 만든다든지, LFP 배터리와 소듐이온배터리를 섞어서 배열하는 하이브리드 배터리팩 시스템이 중국에서 나오고 있다"며 "지난 20년간 소재 쪽에서는 개발이 이뤄지지 않았지만, 최근들어 소재 개발도 활발히 이뤄지고 있다"고 부연했다.

대표적인 것이 차세대 배터리로 주목받는 LMFP 배터리다. LMFP는 양극재에 사용되는 철의 일부를 비교적 저렴한 망간으로 바꿔, LFP처럼 비용과 안전성을 유지하면서 에너지밀도는 더 높다.

다만, 해결해야 할 기술적 난제들은 있다. 망간 비율을 높이면서 에너지 밀도를 더 증가시킬 수 있지만 망간 함량이 높을수록 구조적으로 불안해지기 때문이다. 이밖에 ▲이중 전압 플랫폼 ▲낮은 전자 전도성 ▲낮은 리튬이온 확산 속도 ▲고속 충방전 시 용량 손실 등의 문제가 있다.

이를 해결하기 위해 ▲망간과 철의 비율 최적화 ▲나노 물질화 ▲입자 구조 및 형상 제어 ▲표면의 탄소 코팅과 벌크 상의 이온 도핑 등을 시도하고 있다.

김 대표는 "망간을 도핑하는 것뿐만 아니라 최근 마그네슘, 징크, 알루미늄 등 다양한 것들을 도핑 소재로 많이 사용하고 있다"며 "에너지 밀도와 수명을 잡으면서 발화 안정성이라든가 구조적인 성능을 높이려고 하는 것이 최근의 화두"라고 말했다. 

그는 이어 "더 저렴하고 안정성을 높인 배터리를 만들기 위한 소재 연구는 계속될 것"이라며 "이를 위해 양극뿐 아니라 음극과 전해질, 분리막 등 4개 소재 모두 연구개발이 필요하다"고 강조했다.

류은주 기자(riswell@zdnet.co.kr)