中 CATL, 리튬이온 배터리 화재 원인은?...K-배터리 글로벌 입지 강화 호재

-푸조 e-208 화재 발생...中CATL NCM523 3원계 배터리 문제 가능성
-中 CATL, 리튬인산철 배터리 주력...하이니켈계 기술력 부족이 원인
-배터리 업계, 리튬이온 배터리는 가장 발전된 형태...기술력 입증으로 신뢰 회복해야

글로벌 배터리 선두 업체들이 생산한 배터리를 탑재한 전기차에서 최근 화재 사고가 끊이지 않으면서 전기차 배터리 화재 관련 안전성이 논란이 거세지는 가운데 전문가들은 리튬이온 배터리 자체가 문제가 되지는 않는다고 보고 있다. 현재로서는 리튬이온 배터리가 가장 발전된 형태라는 것.

최근 글로벌 배터리 1위 업체인 중국 CATL의 배터리를 탑재한 푸조 EV 차량에 화재가 발생했다. 전문가들은 CATL이 리튬인산철(LFP)배터리에 집중하고 있고 심지어 리튬을 아예 사용하지 않는 나트륨 기반 배터리를 개발하고 있기 때문에 리튬이온 배터리 생산과 관련된 기술력은 부족할 수 있다고 분석했다.

노르웨이 언론 아비사 오슬로(Avisa OSLO)에 따르면 따르면 지난 8일(현지시간) 노르웨이의 수도 오슬로 근교 도시 홀멘에서 충전 중이던 푸조 e-208에서 화재가 발생했다. 화재 원인으로는 CATL의 NCM523(니켈50%, 카드뮴 20%, 망간 30%) 배터리 결함이 지목되고 있다.

NCM523과 같은 리튬이온 배터리에는 니켈과 카드뮴, 망간 3가지 금속이 들어가는데, 이중 니켈 함량이 높아질 수록 성능은 좋아지지만 그만큼 화재의 위험성도 높아진다. 화재의 위험성을 낮추는 금속은 카드뮴이지만 원가가 비싸기 때문에 업계에서는 함량을 줄이는 추세다. 카드뮴을 줄이면서도 안전성을 확보하는 기술 개발이 핵심 과제다.

익명을 요청한 배터리 업계 관련 한 관계자는 녹색경제신문에 "국내 배터리 관련 기술은 업계 최고 수준으로 올라온 상태다. 배터리와 관련된 화재 사고는 통계적으로 100만대 중 한 대 꼴이다"라며 "마치 백신을 맞고 사망하는 사례가 언론에 비춰지면 백신 자체가 위험해 보이지만, 실제로 아무 문제 없이 백신의 효과를 누리는 사람들이 대부분인 것과 같은 이치"라고 말했다.

그는 이번 화재와 관련해 중국의 부족한 배터리 기술력과 함께 중국의 언론 통제를 문제점으로 꼽았다. "중국 내에서는 배터리 관련 화재 사고가 연간 5000건 정도씩 발생하고 있지만 중국 정부가 언론 보도를 막아 거의 보도가 안되고 있는 상황"이라고 말했다.

시장조사업체 SNE리서치 보고서에 따르면 지난해 5월과 8월, 12월에 세계 4위 배터리 업체 BYD의 LFP 배터리를 탑재한 E5 순수 전기차와 전기버스 등에서 연이어 화재가 발생했다. 여기에 지난 8월에도 화재 사고가 발생하면서 조사가 진행중이지만 BYD는 화재사고와 관련해 배터리 결함을 부인하고 있는 것으로 알려졌다.

SNE리서치 보고서에 따르면 난해 5월과 8월, 12월에 세계 4위 배터리 업체 BYD의 LFP 배터리를 탑재한 E5 순수 전기차와 전기버스 등에서 연이어 화재가 발생했다. [사진=SNE리서치]

이같은 상황에서 국내 배터리 업체들은 기존 전지의 한계를 돌파하기 위해 여러 방법을 모색하고 있다.

CATL에 이어 세계 점유율 2위를 차지하고 있는 LG에너지솔루션은 기존 NCM 양극재에 저렴한 알루미늄(A)를 추가하는 기술을 개발했다. 내년 1월부터는 본격적으로 테슬라에 공급한다는 계획이다. 당초 NCMA 양극재 배터리 상용화는 내년 말로 예상했지만 양산에 일찍 성공하면서 한발 앞서 시장에 내놓을 수 있게 된 것.

NCMA는 양극재를 구성하는 성분인 니켈, 코발트, 마그네슘, 알루미늄을 의미한다. LG에너지솔루션은 NCMA 양극재 기반 배터리는 니켈 함량이 90%에 달하며 코발트는 5% 이하라고 설명한다. 값비싼 코발트 비율을 줄이는 대신 알루미늄을 첨가해 기존 제품과 같은 안전성은 유지하면서 단가는 낮추고 출력을 높인 것이 특징이다.

이밖에도 배터리 자체 무게를 줄이기 위한 리튬황 배터리 및 전고체 배터리 개발에도 힘쓰고 있다.

SK이노베이션은 니켈과 코발트, 망간의 비율을 8:1:1로 섞은 양극재를 적용한 NCM811 배터리를 개발하고 2018년부터 양산해 기아 니로에 납품해왔다. 최근에는 중국 베이징의 전기차 브랜드인 아크폭스와 현대 코나에도 납품을 시작했다.

SK이노베이션은 NCM9반반(니켈 90%, 코발트 5%, 망간 5%) 배터리도 지난해 세계 최초로 개발에 성공했다. 이 배터리는 미국 조지아 공장에 짓고 있는 제2공장에서 생산해 포드가 개발 중인 전기차에 납품될 예정이다.

삼성SDI는 올해 말부터 차세대 배터리인 ‘젠5’를 출시한다. 젠5의 양극재는 니켈 함량이 88%인 NCA양극재가 탑재된다. 기존 배터리보다 니켈 함량을 끌어올려 에너지 밀도는 20% 이상 높아지고 kWh당 배터리 원가는 20%가량 낮춘 것으로 알려졌다. 내년부터 본격적으로 양산되는 젠5는 BMW 전기차를 중심으로 적용될 것으로 알려졌다.

삼성SDI는 향후 양극재의 니켈 함량을 90% 중반까지 높인다는 계획이다.

김필수 대림대 미래자동차과 교수는 "리튬이온 배터리는 아직까지 주행거리 경쟁력에서 우위를 차지하고 있다"며 "다만 LFP 배터리 등 다른 종류의 배터리보다 더 안전하다는 신뢰를 줄 수 있는 기술 개발이 필요한 시점”이라고 말했다.

업계 관계자는 "세계적인 흐름중 하나인 ESG가 배터리 업계 내에서도 중요해지면서 재활용이 어려운 LFP배터리는 도태될 가능성이 높아졌다. 결국에는 리튬이온 배터리 및 차세대 배터리가 미래를 장악할 것"이라며 "배터리 기술이 미래 핵심 전략으로 자리잡으면서 밀도·출력·수명이 높은 기술만이 살아남을 것"이라고 말했다.