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[애플경제 박문석 기자] 기존 리튬이온전지에 대해 일각에선 안전성이나 내구성 등에서 문제가 있다는 지적도 뒤따른다. 이에 최근엔 리튬인산철(LFP)을 사용한 리튬이온전지가 새삼 주목을 받고 있다. 특히 이 분야에선 이미 중국이 앞서가고 있다는 소식이다.

이에 국내에서도 최근 LG에너지솔루션과 SK온이 이를 개발, 출시하고 있으며 삼성SDI도 곧 뒤를 따를 것으로 전해지고 있다.

시장분석기관 IRS글로벌이 대외경제정책연구원, 블룸버그NEF 애널리스트 등의 자료를 인용, 분석한 바에 따르면 일단 기존 리튬이온전지는 에너지 밀도가 높고 에너지량에 비해 비용도 저렴하지만, 유해한 유기 용제를 전해액으로 쓰고 있어, 안전성이 문제가 되고 있다.

“다른 2차 전지인 납축전지나 니켈 수소 전지의 전해액이 물(水)인 것과 달리, 위험물인 유기 용제를 쓰고 있다”는 것이다.

또 전기차(EV)용 리튬이온전지의 양극재는 NMC, 니켈ㆍ망간ㆍ코발트가 주성분 등과 같은 ‘삼원계 양극재’와 LiFePO4 또는 LFP 등과 같은 ‘리튬인산철’이 주류를 이루고 있다.

대체로 NMC 배터리가 LFP보다 에너지 용량이 큰 것으로 평가된다. 이에 NMC가 긴 주행거리를 보장하는 것으로 여겨지며, 값도 비싸다.

“‘삼원계’ 양극재와 달리, 단일 화학식 구조로 성능 높여”

이에 리튬인산철을 사용하는 새로운 형태의 리튬이온전지가 새삼 주목받고 있다. 대외경제정책연구원에 따르면 이미 테슬라나 중국의 CATL 등은 진작부터 리튬인산철을 사용하는 전지를 개발, 출시하고 있다.

‘LiFePO4’의 구조를 지닌 리튬인산철은 리튬, 철, 인, 산소로 구성되어 있다. 그런 구조의 리튬인산철 성분의 리튬이온전지는 양극 활물질이 리튬인산철이기 때문에, 다른 양극 재료에 비해 내구성과 안전성이 뛰어나다는 분석이다.

특히 IRS글로벌은 “리튬인산철은 하나의 화학식인 LiFePO4인데 비해, 기존 ‘삼원계 양극재 활물질’의 리튬이온전지의 경우, 활물질의 금속 원소 비율이 제조 과정에서 별도로 ‘튜닝’되기도 한다”면서 “예를 들어 화학식으로 설명하면, LiNixMnyCozO2와 같은 폭넓은 구조식이 되기도 하므로, 성능에도 차이가 있다”고 했다.

내구성을 강화하기 위해 음극에 티탄산 리튬을 사용하는 전지 등도 고안되고 있지만, 양극의 활물질만으로 최대한 내구성을 높일 수 있는 방법으로 평가받고 있다.

리튬인산철을 재료로 하면, 안전성도 크게 높아지는 것으로 알려졌다. 현재의 리퓸이온전지부터가 사실 근본적인 발열, 발화의 위험을 안고 있다. 그래서 “리튬이온전지 자체보다 시스템적 방법으로 이상 발열이나 발화의 가능성을 낮춘 것”이란 설명이다. 그럼에도 늘 그런 위험을 안고 있는 실정이다.

저렴한 가격도 장점, ‘중국 CATL 등 세계시장 빠르게 잠식’

LFP 배터리는 이런 위험을 최소화하고 있다. 또한 가격도 저렴해서, 중국산 리튬인산철 계의 배터리가 세계 시장을 빠르게 잠식하고 있다.

그러나 이는 에너지 밀도가 낮아 주행거리가 짧고 충전시간이 느려 그 동안 전기차에 잘 사용되지 않았다. 최근에는 기술이 발전하면서, 그런 단점이 크게 해소되었다.

그 때문에 최근 글로벌 EV시장에서는 지원금이 전반적으로 축소, 폐지되면서, 완성차 업체들도 저가/보급형 모델을 확산시키기 위해 LFP 배터리를 적극 도입하고 있다. LFP 배터리를 탑재한 중국의 EV 수출이 급속히 늘어나는 것도 그런 이유에서다.

블룸버그NEF 애널리스트 발표에 따르면, LFP 전지 시장은 2023년 이후 다소 정체되면서 전 세계 EV용 전지 시장의 약 40%를 유지해갈 전망이다. 10% 미만에서 불과 4년 만에 거의 40%로 확대된 셈이다.

한편 LFP 배터리는 이미 중국 CATL 등이 관련 시장을 선점하고 있다. 이에 우리 기업들도 맹렬하게 뒤를 쫓고 있다.

전세계 EV 배터리 업계 1위인 LG에너지솔루션은 2025년부터 차량용 LFP 배터리를 생산하고, 2026년부터는 미국 애리조나 공장에서 ESS용 제품 생산에 나서기로 했다.

또 SK온도 이미 저가형 리튬인산철(LFP) 배터리 시제품을 선보였다. 삼성SDI도 곧 LFP 배터리 사업에 주력할 방침을 선언한 바 있다.