[오토저널] 전기 자동차용 배터리 산업 기술 개발 동향
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글 : 원선웅(mono@global-autonews.com)|
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승인 2022-11-15 13:48:36 |
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최근 주요 선진국을 중심으로 탄소배출량을 저감하기 위한 글로벌 자동차 배출 가스 규제가 심화되고 있다. 각 선진국에서는 이를 보완하기 위해 전기 자동차 보조금에 대한 혜택을 통해 시장을 확대하려고 하고 있고 이와 맞물려 각 국의 자동차 회사 및 관련 산업체에서는 전기자동차의 핵심부품인 배터리 개발에 많은 노력을 기울이고 있는 형국이다. 현재 배터리 시장은 한·중·일 3개국 6개사의 시장 점유율이 80%에 육박하는 편중이 심화되어 미국, 유럽 등 자동차 선진국에서는 자국 산업을 보호하기 위해 현지 생산을 유도 하고 있으며, 기존 완성차 회사들도 배터리 제조사와의 협업을 통해 신규 산업으로의 진출을 모색 중이다. 이러한 상황은 향후 전기 자동차용 배터리 시장에서의 주도권 경쟁이 치열할 것을 보여주는 예일 수 있겠다.
전기차용 배터리 시장 규모 및 예측
•<표 1>과 <그림 1>에서 배터리 시장은 전기차용 배터리가 대세를 이루며 2030년까지 연평균 30%의 고성장이 예상됨
•2020년 배터리 출하량은 221GWh로 보고되었고 연평균 30% 성장이 예상되어 2030년에는 약 3,700GWh에 달할 것으로 예상이 됨
–용도별로는 전기차용 비중이 확대되어 2030년 최대 90%에 이를 것이며 전기차가 배터리 시장의 성장을 이끌 것으로 예상됨
•주요 업체별 점유율 현황
–<표 2>에서 글로벌 전기차용 배터리 시장에서는 CATL이 1위이며, 중국 업체 제외시 국내 배터리 회사가 1, 3, 4, 5위 차지
글로벌 시장의 추세
•자국 산업 보호와 배출 가스 규제를 통한 시장 확대
–22년 미국 바이든 행정부의 미국내 생산한 전기자동차 및 배터리가 아닌 경우 차량 구입시 보조금 지급 불가 방침 확정
–유럽 및 미국(ZEV/CAFE)1의 배출 가스 규제를 통해
탄소 배출을 저감하지 않을 경우 벌금을 부과하여 전기차 생산에 대한 각 완성차 업체에 압력을 가중함
배터리 기술 동향
•배터리의 시장 확대를 위해서 필요한 에너지 밀도, 충전속도, 가격 개선을 위한 소재의 개발 및 기술 개발이 진행됨
–에너지 밀도 : 1회 충전시 주행 가능한 거리에 영향을 주는 요소로 배터리 업체들은 양극제에 니켈 / 음극제에 실리콘 첨가 및 조성비 변경으로 개선을 진행하고 있음
–충전속도 : 급속충전 속도를 개선하기 위하여 리튬이온 흡수량을 중가시켜 고전압, 고전류에서 사용성을 개선하는 작업이 진행중
–가격 : 배터리 시장의 확장에 가장 중요한 요소로 가격이 비싼 소재인 코발트의 비중을 줄인 양극재를 적용하여 가격경쟁력 확보가 진행되고 있음
● 전기차용 배터리의 이해
전기차용배터리는 양극재, 음극재, 분리막, 전해액 4가지 중요 소재로 나뉘고 산화/환원 반응을 통해 전류의 흐름을 만들어 냄
•양극재 : 금속계 리튬 산화물이 주된 소재로 에너지 밀도, 출력, 안정성 등을 결정
•음극제 : 양극에서 나온 리튬이온을 흡수/방출을 하여 충·방전을 하는 역할. 흑연(천연 또는 인조)을 구리 박판에 코팅하여 제조
•분리막 : 양극과 음극을 분리하는 다공성 판막으로 극간의 접촉을 방지하여 화재나 폭발을 방지하는 역할을 함
•전해액 : 리튬 이온의 이동을 원활하게 하는 중간 역할을 하며 배터리의 안정성과 관련이 있음
•배터리의 성능 향상을 위해 제조사들의 주요 소재 개발 지속
–양극재 : 니켈 함량 80% 이상의 High 니켈 기술 개발중에 있으며 High 니켈을 적용함으로써 고가의 코발트의 사용량을 조절 하는 방향으로 진행중
–음극재 : 에너지 밀도 및 충전속도의 개선을 위해 소재 변경이 이뤄지고 있으며 구조가 일정하고 조밀한 인조 흑연을 사용하는 추세가 있으며 에너지 밀도의 증대를 위해 실리콘을 첨가하는 방향으로 진행중
–전해액/분리막 : 배터리의 수명 및 안정성을 확보하기 위하여 박막화와 조성 비율 조절이 진행중
•전고체 배터리2의 개발
–기존 배터리로는 안정성 및 에너지 밀도에 한계를 보여 문제점들을 보완한 전고체 배터리의 개발이 진행중
배터리 시장의 향후 전망
앞의 글에서 보았듯이 현재 배터리 전기차의 시장의 확장은 이미 정해져 있는 미래이며 이를 성공적으로 이루기 위해서는 배터리의 기술 개발 및 경쟁력 확보가 필수적이다. 이를 위해 자동차 업계에서는 기존 배터리 업체와의 협업을 강화 하여 배터리의 성능 강화 및 신소재 배터리의 개발에 몰두할 것이며 생산 물량의 증대를 통한 가격 경쟁력을 확보하는데 힘을 기울일 것으로 보인다. 이와 더불어 사용후 폐배터리의 재사용을 위한 신규 비즈니스의 성장 역시 앞으로 우리가 주의 깊게 지켜봐야할 분야일 것이라 생각한다.
글 / 유영우 (지엠테크니컬센터)
출처 / 오토저널 2022년 10월호
<참고설명>
1. ZEV(Zero Emission Vehicle) : 캘리포니아 등 10개 주에서 친환경차 의무판매비율을 22%까지 상향하도록 하는 제도. CAFÉ(Corporate Average Fuel Economy Standards) : 한 기업이 당해 연도에 생산하는 자동차의 평균 연비를 규제하는 정책, 2012년 오바마 정부에서 도입하였으며 평균 1갤런당 36마일(약 15EmS_) 수
준의 연비 기준을 2025년까지 54.5마일(약 23EmS_)까지 끌어올린다는 계획.
2. 전고체 배터리 : 전해질이 없이 고체상태로 된 배터리로 폭발 위험성이 없고 에너지 밀도가 높으나 이온 전도도가 낮은 문제를 개선할 필요가 있음
