한국 이차전지산업, “가격은 중국, 기술은 일본 제압해야”

[애플경제 전윤미 기자] 전세계 리튬이온(LIB) 이차전지 양극재 시장은 한중일 3국이 시장을 주도하고 있으며, 중국 업체들이 내수시장을 기반으로 중국 메이저 배터리 메이커의 성장과 함께 공급 물량을 늘려가며 절대 강자로 부상하고 있다. 일본 업체들은 전구체의 앞선 기술력을 바탕으로 중국의 공세에 대응하고 있다. 이에 “한국의 양극 소재 업체들은 중국 업체와의 가격경쟁에 맞서야 하고, 일본 업체와의 양극재, 전구체 기술경쟁을 치열하게 해야 되는 상황”이라는 진단이다.

SNE리서치는 최근 이차전지 시장의 기술동향을 분석하며, “앞으로 양극재 시장은 글로벌 전기차 시장에서 LIB의 큰 폭의 성장과 함께 한중일 삼국의 소재업체의 치열한 경쟁 양상이 될 것으로 전망된다.”고 밝혔다. 최근 이차전지 시장은 소형 IT용 애플리케이션 시장에서 ESS, EV(전기차) 시장으로 시장을 확대해 나가고 있으며, 이차전지 양극재 시장 역시 이에 맞추어 수요가 증가할 것으로 전망되고 있다.

리튬이온 2차전지의 4대 부품은 양극, 음극, 전해질, 분리막이다. 그 중 양극을 형성하고 있는 양극재의 경우 전체 리튬이온 2차전지 비용의 약 30~40%를 차지할 정도로 그 비중이 크다. 그 때문에 비용 부담이 특히 클 것으로 예상되는 대형 리튬이온 2차전지의 상용화를 위해서는 양극재의 성능 개선과 함께, 가격 경쟁력이 가장 큰 요인으로 떠오를 것으로 보인다.

한편 SNE리서치 조사에 따르면 2022년 전세계 LIB용 양극재는 총 152만2,270톤이 사용되었다. 그 중 중국업체가 59.8% 91만1,010톤을 판매했고, 그 뒤를 이어 한국업체가 31.6%로 48만730톤, 일본업체가 8.1%로 12만3,470톤의 양극재를 판매했다.

양극재 소재별로 보면 3M사와 LG화학이 개발했던 리튬니켈코발트망간산화물(NCM)이 44.9%인 68만3,760톤으로 가장 많고, 리튬인산철산화물(LFP)이 30.6% 46만6,430톤으로 그 다음을 차지했다. 또 리튬니켈코발트알루미늄산화물(NCA)이 10.6% 16만910톤이고, 리튬코발트산화물(LCO)은 8.5% 13만140톤, 리튬망간산화물(LMO)은 5.3%로 81만30톤이 사용되었다.

리튬 이차전지 양극 소재의 2022년 글로벌 출하량을 보면 삼원계 양극재는 한국의 에코프로사가 가장 많고, 중국의 우미코어, XTC, 한국의 LGC, 중국의 론바이, 일본의 SMM, 니치아, 한국의 L&F, 중국의 샨샨, 사일리코 순이다. LFP 양극재는 중국이 강세를 보이고 있으며 10위권에는 한국이 3개 업체, 일본이 2개 업체이고, 5개의 중국업체가 있다. 그러나 20위권에는 대부분 중국 업체들이 차지하고 있다.

본래 처음 개발된 리튬이온 2차전지의 양극재 소재는 리튬코발트산화물(LCO)이다. 그러나 이는 한정된 매장량을 가진 Co가 주성이다보니 가격이 매우 비싸다. 또 충전말기에 LCO 구조적 불안정성으로 인하여 전지용량이 이론 용량의 절반 정도 밖에 안되는 등 문제점이 많다. 그 때문에 자동차나 전력저장용 중대형 전지(ESS)에서는 LCO 양극재를 사용하기 어렵다.

이에 따라 그런 문제점을 개선한 양극재가 3M사의 리튬니켈코발트알루미늄산화물 (NCA)이다. 다시 LG화학은 NCM을 이루는 조성들을 일부 조정한 ‘NCM 523’ 물질을 개발하기도 했다. 최근에는 NCM622, NCM811 등 ‘High Ni계’ 양극재가 많이 연구되고 있다.

또한 구조적으로 스핀넬 구조(Spinel Structure)를 지니는 리튬망간산화물(LMO)이 주목받고 있다. 이는 용량은 LCO보다 낮지만 출력 특성이 좋고 안전성이 우수하며, 무엇보다도 각격이 싸다. 또 올리빈 구조(Olivin Structure)를 지니는 리튬인산철산화물(LIF, FPO)이 있는데, 이는 구조적 안전성을 높으나 방전 전압이 3.5V 정도로 상대적으로 낮다. 이에 Fe를 Mn이나 Ni 등으로 치환한 고전압 올리빈 양극재가 개발되고 있다.