LG화학 차량용 전지시장 이상無
안전·내구 강한 래미네이트 타입으로 승부
2011년 02월호 지면기사  / 정리 | 한상민 기자 (han@autoelectronics.co.kr)

확실한 자리매김 

일본은 반도체 디스플레이와 배터리 산업의 주도권을 한국에 넘겨주지 않기 위해 많은 노력을 기울였지만 현재 글로벌 배터리 산업의 톱3에는 우리나라의 두 개 기업이 포함돼 있다.  일본은 차세대 시장인 차량용 전지 시장을 선점하기 위해 일본 내에서부터 최대한의 성과를 만들어내기 위해 자동차 회사들과 다양한 조인트벤처를 만들었다. 미쓰비시는 GS유아사와 리튬에너지재팬을 만들었고, 혼다 또한 GS유아사와 조인트벤처를 만들었다. 닛산은 NEC와 AESC를 만들었다. 토요타는 파나소닉의 지분을 상당히 갖고 있는데, 파나소닉은 산요를 인수했다.
겉으로 보기에는 일본이 자동차 산업의 위세를 내세워 차세대 배터리 시장 확보전에서 가장 앞선 것처럼 보이지만, 그리 좋은 상황만은 아니다. 예를 들어 GS유아사의 배터리가 고장을 많이 일으키다 보니 혼다, 미쓰비시 등이 최근 들어 LG화학을 찾는 일이 잦아지고 있다.  
LG화학은 현대자동차, GM, 포드, 르노 등에 배터리 공급을 약속했다. 한편 2~3년 전에 배터리 시장에 진입한 미국의 A123의 경우엔 정부의 지원을 받고 크라이슬러에 진입하는 등 잘나가는 듯 보였지만 최근 주가가 폭락하고 크라이슬러와 관계가 틀어지면서 어려움을 겪고 있다. A123의 자리는 SB리모티브가 대신하고 있다. 
현재 배터리 셀 제조 시장에는 플레이어가 20개사 이상이다. 배터리 제조사들의 투자와 2015년도의 생산 캐파를 취합해 나타낸 롤란트 베르거의 자료를 보면 르노닛산과 손잡고 있는 AESC가 가장 높은 캐파를 지니고 있다. 르노닛산은 실제로 매우 공격적으로 전기차 생산 계획을 집행하고 있다. 그 다음은 LG화학이다. A123는 앞서 말한 바와 같이 좋지 못한 상황에 놓여 있다. 한편 중국의 경우 워렌 버핏이 투자한 BYD가 지난해 시장에서 큰 이슈가 돼긴 했지만, 플러그인 하이브리드(PHEV)·순수 전기차(PEV) 판매가 거의 없었고, E6란 모델은 아예 포기하겠다고 발표하는 등 부진한 상황이다.
업계에서는 워낙 플레이어들이 많고 전기차 판매 전망과 이들의 캐파 간 격차가 크다 보니 공급과잉이 일어나지 않을까 하는 우려가 있었는데, 전기차와 배터리는 쇼윈도에 진열해 고객에게 판매하는 차가 아니란 점, 그리고 배터리사들에게 파트너가 이미 선정돼 있다는 점을 생각한다면 이는 정확한 예측은 아니다. 고객사가 없는 상황에서 투자를 지속하는 회사들은 문제가 될 수 있겠지만 LG화학과 같이 고객들과 합의된 투자를 집행하는 회사들에게는 문제가 될 것이 없다.
동반자 볼트

차량용 배터리의 주도권은 니켈 수소에서 리튬이온 전지로 넘어왔다. 토요타가 10여년 간 고생해 그린카 시장이란 새로운 장을 열어준 것은 고맙지만 더 이상 하이브리드 카도 그린카의 대명사가 될 수 없게 됐다.
현재 토요타는 하이브리드 카를 판매하며 구축한 니켈수소 배터리 생산라인 때문에 딜레마에 빠져있다. 니켈수소 배터리 라인을 정리해야 하는 상황인데도 도로를 달리고 있는 차에 대한 부품 공급 문제로 어찌할 수 없는 상황이다. 그러나 토요타 역시 전기차 개발을 본격화하겠다고 선언했다.
현재 전기차 시장에서 이슈가 되고 있는 모델은 시보레 볼트와 닛산 리프다. 이 차들의 가격은 볼트가 4만 1,000달러, 리프가 약 3만 2,700만 달러다. 전문가들은 볼트의 판매 예상을 연간 600대로 보고 있다. 미국 정부는 소비자들의 전기차 구입에 7,500만 달러를 지원한다. GM의 경우 리스 프로그램을 시행하는데, 소비자는 2,000달러 가량을 내고 한 달에 350달러 정도의 리스료를 내며 차를 몰 수 있다.
볼트에 배터리를 공급하는 LG화학은 이 차의 가격 책정을 듣고 깜짝 놀랐었다. 리프에 비해 차값이 1만 달러 가량 더 높았기 때문이다. 그러나 다행하게도 볼트의 2011년도 판매 물량은 이미 예약이 끝난 상태다.
GM의 볼트는 40마일을 EV 모드로 주행하고 그 이후에는 가솔린 엔진으로 발전을 해 구동하는 하이브리드 모드로 간다. 전기차의 주행거리는 OEM의 발표와 실제가 다소 차이가 나는데, 미국 EPA가 공식 연비를 측정해 발표한 바에 따르면, 볼트는 93 MPGeq(35 EV mile/charge, 37 MPG with gas)로 표시된다. PEV 리프는 99MPGeq(73 EV mile/charge)다. 볼트는 래미네이트(Laminated) 타입의 16 kWh의 배터리를 탑재하고, 리프는 래미네이트 타입의 24 kWh 배터리를 탑재한다.


안전과 내구성부터

전기차의 상품성이 증대되려면 기본적으로 가격이 더욱 낮아져야 하고 200 km는 주행할 수 있는 차가 나와야하는데 결국 배터리의 가격 하락, 기술 향상을 뜻한다.
리튬전지 셀은 원통, 각형, 래미네이트의 3가지 타입이 있는데 차량용에서는 각형과 래미네이트 셀이 쓰인다. 때문에 패키지는 메탈 캔과 래미네이트가 경쟁하고 있다. 리튬전지는 초기에 원통형 전지가 많이 사용됐지만 위험성이 높아 각형 메탈 캔과 래미네이트가 표준 경쟁을 펼치고 있다. LG화학은 소형 전지에서 3가지 타입 모두를 만들어 봤고, 차량용에서는 래미네이트 타입이 가장 적합하다는 결론을 내렸다. SB리모티브, 산요, GS유아사 등의 경쟁사들은 각형 메탈 캔으로 가고 있다.
LG화학이 래미네이트 타입으로 간 것은 안전에 대한 경험 때문이다. 자동차에서 배터리는 절대 폭발해서는 안 된다. 예를 들어 내연기관 차에서도 불이 나는 경우가 종종 있는데, 배터리가 아닌 제3의 이유로 인해 불이 날 때 메탈 캔의 경우 배터리가 폭발하고 파편이 튈 가능성이 매우 높다. 반면 래미네이트 타입은 튀어나갈 부품이 전혀 없고, 방열성이 좋다.
각형 진형에서는 래미네이트에 대해 씰링(sealing)한 부문의 수분 침투, 기계적 강도에 대한 단점을 지적하지만 이 문제는 15년 간의 경험이 증명하듯 문제가 되지 않으며, 강도 또한 하나의 셀만 갖고 이야기 할 때는 가능할 수 있겠지만 실제 팩 제조와 구조적 보완 과정에서 전혀 문제가 되지 않고 있다. 오히려 메탈 캔 방식이 기계적 씰링에서 많은 문제가 발생한다. 전지를 밀폐하는데 개스킷이 설치되는데 10년 동안 압력을 받는 과정에서 실제로 플로그가 생기고 헐거워진다.
LG화학이 생산하는 전지는 전극과 분리막을 두루마리 형태로 감는 기존의 와인딩 방식에서 벗어나 스택 앤드 폴딩(Stack & Folding) 방식을 채택해 충방전 이후의 스트레스에 대한 뒤틀림에서 발생되는 다양한 문제들을 해결했다. 그 결과 10년 이상 사용을 위한 내구성을 확보하게 됐다.


5년 내에 절반 가격으로 

배터리의 가격을 낮추고, 성능을 높이기 위해서는 소재 부문의 혁신이 필요하다. LG화학은 어떻게 해서든지 배터리 비용을 낮춰 2015년경에 현재와 비교해 가격을 절반으로 줄일 작정이다.
종전까지는 포터블 디바이스에 그래파이트(graphite)를 많이 사용했는데 현재는 소프트 카본을 비롯한 다른 소재로 옮겨가고 있다. 카본이 줄 수 있는 에너지는 정해져 있기 때문에 실리콘 등 새로운 소재를 이용하려 하고 있지만 이들 물질들은 팽창이 300% 정도로 커 금속 캠이 찢어지는 문제가 있다. 이같은 문제를 극복하기 위한 방편으로 현재 실리콘 나노 입자를 이용하는 방안 등이 발표되고 있다. 양극재 물질의 경우 대부분 리튬망간옥사이드(LiMn2O4)로 돼 있는 형태이고, 전기차 용으로는 삼성의 니켈망간코발트[Li(NiMnCo)O2] 등이 섞인 것 등 몇 가지 안이 나오고 있다.   
궁극적으로 전기차의 시장 성공을 위해서는 배터리의 에너지 밀도를 높이고, 가격을 낮춰야 한다. 이를 위한 방법으로는 사용할 수 있는 SOC(state of charge)를 늘리는 것도 매우 중요하다. 배터리가 100이란 에너지를 지니고 있으면 대략 90을 사용하고 있다. 100 모두를 사용하게 된다면 사이클이 크게 떨어지는 문제가 있기 때문이다. 모바일폰이나 노트북에서는 100을 모두 사용한다.
배터리의 내열 특성을 높이고, 고속 충전 대응 성능을 높이는 것도 중요하다. 온도의 내열 특성은 쿨링 시스템과 관련된 것으로 비용 저감과도 깊이 연관된다.  



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