삼성SDI가 전하는..전기차 배터리의 미래는 소재, 과연 경쟁력은?

배터리의 미래는 소재 경쟁력이 핵심이라는 말이 나옵니다. 세계 최고의 배터리사인 삼성SDI 역시 배터리를 제작하는 과정에서 가장 중요한 포인트는 소재라고 설명하고 있습니다.

배터리는 소재의 특성에 따라 에너지 밀도, 수명, 출력 등 제품의 성능이 크게 좌우되며, 소재의 원가 비중이 높기 때문에 무엇보다 소재 경쟁력이 중요합니다.

삼성SDI는 플랫폼 성능 확보 기능을 담당하는 삼성SDI연구소와 각 사업부 안에 연구개발 조직을 함께 운영하며 사업부 간의 유기적인 협업을 통한 글로벌 기술 리더십을 공고히 하고 있습니다.

그동안 리튬이온 배터리에 대해 알아오면서 정말 많이 언급되었고 또 여러 차례 살펴봤던 내용이 있는데요. 리튬이온 배터리의 4대 구성 요소. 생각나시죠?

리튬이온 배터리의 기본적인 4대 구성요소로 ‘양극’, ‘음극’, ‘분리막’ 그리고 ‘전해액(전해질)’이 있는데요. 이러한 4대 구성 요소 중에서도 더욱 강조했던 것이 있죠.

바로 양극입니다. 리튬이온 배터리의 양극은 전기를 만들어내는 리튬이 가득 차 있는 곳입니다. 양극은 리튬과 금속 성분의 조합으로 구성되어 있는데, 대표적으로 NCA(니켈/코발트/알루미늄) 또는 NCM (니켈/코발트/망간)을 생각할 수 있습니다.

이러한 양극재는 배터리 4대 소재 중에서도 배터리 용량과 출력 등 주요 특성을 결정 짓는 핵심 소재라 할 수 있습니다. 또 배터리 원가의 40~50%를 차지하고 있어 원가 경쟁력을 결정 짓는 소재이기도 하죠.

삼성SDI는 원활한 양극재 확보가 곧 미래 핵심 경쟁력이라고 판단, 자회사 에스티엠과 합작사 에코프로이엠을 통해 국산 양극재 비중을 확대해 나가고 있습니다.

에스티엠은 삼성SDI의 100% 자회사인 양극재 제조 전문 회사인데요, 지난 몇 년간 운영을 위한 출자금을 포함해 양극재 제조 라인을 양도하는 등 힘을 실어가고 있습니다.

또 에코프로비엠과 함께 설립한 합작법인 에코프로이엠은 단일 양극재 공장으로 세계 최대 규모의 공급 능력과 생산성을 보유하고 있습니다.

뿐만 아니라 삼성SDI는 안정적인 양극재 확보와 함께 양극재 기술 개발에도 심혈을 기울이고 있는데요, 현재 양산하고 있는 삼성SDI의 Gen.5 배터리에는 니켈 함량이 88% 이상인 NCA 양극이 사용되고 있습니다. 또 향후 니켈 함량을 90% 이상까지 극대화 한 Gen.6 배터리를 선보일 예정이죠.

여기서 잠깐! NCA는 LCO에 니켈과 알루미늄을 추가한 활물질로 니켈 비중을 늘리면서 에너지 출력을 향상한 소재입니다. NCM에서 망간이 아니라 알루미늄을 넣었다고 이해하면 쉽습니다. 하지만 NCA는 NCM 대비 상대적으로 높은 기술력이 요구돼 생산 난이도가 올라가게 되는데, 삼성SDI는 독자적인 기술력을 바탕으로 기존의 양극 소재 대비 고용량과 안전성이 확보된 배터리의 구현이 가능합니다.

삼성SDI는 이렇게 차별화된 NCA 기술력을 바탕으로 니켈 함량 88%의 하이니켈 양극 소재를 전동공구용 원통형 배터리에 적용해 성능과 양산성을 이미 검증한 바 있으며, 니켈 함량을 91% 이상으로 높인 소재도 개발하고 있습니다.

니켈 함량을 늘릴수록 배터리 용량은 커지고 가격은 낮출 수 있는 1석 2조의 효과가 있습니다. 반면에 니켈 함량이 증가될 경우 양극의 구조가 불안정해져 배터리 특성이 저하될 수도 있습니다. 하지만 삼성SDI는 알루미늄과 특수 코팅 기술을 더해 배터리의 열화를 최소화하며 용량과 안전성을 모두 개선했다는 점입니다.

삼성SDI는 보다 혁신적이고 차별화된 소재 기술력 확보를 통해 차세대 배터리 개발에도 더욱 속도를 낼 예정이니 한번 기대해봐도 좋겠죠?

배터리 소재의 경쟁력을 강화하는 것과 함께, 본격적으로 전기자동차 시대가 도래하면서 추후 쏟아져 나올 폐배터리를 어떻게 재활용하고 재사용 하느냐는 안정적인 소재 확보와 제조 원가 절감 차원에서도 중요한 부분입니다.

삼성SDI는 배터리 개발 효율성 강화는 물론, 배터리 소재 연구개발 전문성 강화와 원료 수급 안정화를 위해 소재 리사이클 연구 기능에도 집중하고 있습니다.

삼성SDI는 최근 SDI연구소 내에 ‘리사이클 연구 Lab’을 신설했습니다. 폐배터리 재활용률 및 원자재 회수율 향상을 위한 연구와 저비용의 친환경적인 소재 회수 기술을 개발할 계획이죠. 이와 함께 파트너사와의 기술 협력, 산학협력을 통한 리사이클 신기술 개발도 추진할 예정입니다.

삼성SDI는 현재 천안 및 울산 사업장 공장에서 발생한 스크랩을 회수하는 체계를 구축하여 광물 원자재 재활용을 활성화하고 있습니다. 공장에서 발생하는 스크랩을 재활용 전문 업체가 수거한 뒤 공정을 통해 황산니켈, 황산코발트 같은 광물 원자재를 추출합니다.

회수된 광물 원자재는 배터리 소재 파트너사로 전달돼 삼성SDI에 공급되는 원부자재 제조 공정에 재투입하게 됩니다.

향후 헝가리, 말레이시아 등 해외 거점에서도 유사한 형태의 협력을 통해 원자재 재활용을 확대할 계획입니다.

또 전기자동차 사용 후 폐기된 배터리를 에너지저장장치(ESS) 등 다른 제품의 배터리로 재사용하는 방안도 추진하고 있습니다. 전라남도에서 주관하는 ‘EV·ESS 사용 후 배터리 리사이클링 산업화 추진’ 사업과 신재생에너지연계 ESS를 배터리 재사용 대상으로 검토하는 ‘재사용, 재제조 배터리를 활용한 신재생에너지연계 MWh급 ESS 기술개발 및 실증’ 과제에 참여하여 배터리 재사용 방안을 연구·개발 중입니다.

지금까지 삼성SDI의 소재 경쟁력에 대해 간략히 살펴봤습니다. 배터리 시장의 규모가 빠르게 성장하면서 소재 공급망, 소재 경쟁력 등을 비롯해 폐배터리 발생에 따른 접근 방향과 자원 순환에 대한 기술력 또한 또 하나의 경쟁력이 될 것이라는 생각이 드네요.

삼성SDI는 연구개발에도 지속적으로 투자하며 배터리가 만들어갈 보다 더 나은 세상을 위해 오늘도 열심히 나아가고 있습니다.

삼성SDI가 만들어갈 미래 배터리 세상에 많은 기대와 관심 그리고 응원을 부탁드립니다.