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K배터리의 혁신: 전구체 없는 양극재

일반 리포트 2024년 10월 30일
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목차

  1. 요약
  2. LFP 배터리 및 양극재 개요
  3. 전구체 없는 양극재 기술 개발
  4. 협력 기업 및 프로젝트 목표
  5. 전구체 없는 양극재의 시장 전망
  6. 결론

1. 요약

  • 이 리포트는 현대자동차·기아, 현대제철, 에코프로비엠이 리튬인산철(LFP) 배터리의 전구체 없는 양극재 개발을 위해 협력하는 과정을 다루고 있습니다. LFP 배터리는 가격 경쟁력과 안정성이 우수하지만 에너지 밀도의 한계로 주행 거리에서 불리한 점이 존재합니다. 이에 대응하기 위해, 이들 기업은 전구체 사용을 배제하고 직접 양극재를 합성하는 기술을 개발 중입니다. 이 기술은 생산 비용 절감과 중국산 전구체 의존도 감소를 목표로 하고 있으며, 안정적인 공급망 구축에도 기여할 것입니다. 이 혁신적인 전략은 전기차 배터리 시장에서의 경쟁력을 높일 것입니다.

2. LFP 배터리 및 양극재 개요

  • 2-1. LFP 배터리의 정의 및 중요성

  • LFP(리튬·인산·철) 배터리는 전기차의 주동력원으로 사용되는 배터리 중 하나로, 가격 경쟁력과 안전성이 뛰어납니다. 그러나 에너지 밀도가 낮아 주행 거리 측면에서 불리한 점이 있습니다. 현대차·기아는 LFP 배터리의 내재화를 추진하고 있으며, LFP 배터리 기술 개발을 위해 전구체 없이 양극재를 합성하는 기술 개발에 착수하였습니다. 이 협력은 현대제철, 에코프로비엠과 함께 진행되며, 산업통상자원부의 지원을 받습니다.

  • 2-2. 양극재의 역할 및 구성 요소

  • 양극재는 배터리를 구성하는 4대 소재 중 하나로, 가장 비중이 높은 핵심 소재입니다. 일반적으로 LFP 배터리의 양극재는 인산염, 황산철 등을 합성한 전구체에 리튬을 첨가하여 생산됩니다. 양극재의 원가는 전체 배터리 제작 비용의 40%를 넘기 때문에 양극재의 개발 및 생산 효율성은 배터리 제조의 경제성에 결정적인 영향을 미칩니다. 기존의 LFP 양극재는 전구체를 사용하는 방식으로, 새로운 기술 개발을 통해 전구체 없이는 직접 재료를 합성하여 생산 비용을 대폭 절감할 것으로 기대됩니다.

3. 전구체 없는 양극재 기술 개발

  • 3-1. 전구체 없는 양극재 개발의 필요성

  • 전구체 없는 양극재 개발은 리튬인산철(LFP) 배터리의 가격 경쟁력과 안전성을 높이기 위한 핵심 기술입니다. LFP 배터리는 에너지 밀도가 낮아 주행 거리에서 불리한 점이 있으며, 이에 따라 현대자동차·기아, 현대제철, 에코프로비엠 등 K배터리 기업들은 양극재 생산 비용을 절감하고 공급망의 안정화를 도모하고자 공동 연구에 나섰습니다. LFP 배터리의 양극재는 인산염, 황산철 등의 전구체를 사용하여 제조되는데, 중국 기업들이 LFP 배터리 시장을 지배하고 있는 상황에서 한국 기업들도 경쟁력을 확보하기 위해 전구체를 사용하지 않고 직접 합성하는 기술 개발에 착수하게 되었습니다.

  • 3-2. 직접 합성법 기술 개요

  • 직접 합성법은 전구체 없이 양극재를 합성하는 방식으로, 전기차의 배터리를 제조함에 있어 전구체 공정에서 발생하는 환경오염을 최소화할 수 있습니다. 현대차·기아는 현대제철과 협력하여 고순도 미세 철 분말 공정 기술을 개발하고 있으며, 에코프로비엠은 이 기술을 바탕으로 LFP 양극재 개발에 나설 예정입니다. 직접 합성법은 배터리 생산 비용의 60~70%를 차지하는 전구체 공정을 생략하여 원가 절감 효과와 함께, 중국산 전구체 의존도를 줄이는 데 도움이 될 것입니다. 향후 4년 동안 진행될 이 연구는 완성차, 이차전지, 제철 분야에서의 협력을 통해 기술 내재화를 목표로 하고 있습니다.

4. 협력 기업 및 프로젝트 목표

  • 4-1. 참여 기업 소개 및 역할

  • K배터리 전후방기업인 현대자동차·기아, 현대제철, 에코프로비엠이 리튬인산철 (LFP) 배터리의 전구체 없는 양극재 개발을 위해 협력하고 있습니다. 현대자동차·기아는 전기차 배터리 경쟁력을 높이기 위해 LFP 배터리 원가 절감과 생산 기술 혁신의 필요성을 느끼고 있으며, 이들을 위해 현대제철과 함께 고순도 미세 철 분말 공정 기술을 개발 중입니다. 에코프로비엠은 이 기술을 활용하여 직접 합성 LFP 양극재를 개발할 예정입니다. 이러한 협력은 각기 다른 산업분야(자동차, 이차전지, 제철) 간의 시너지를 통해 배터리 소재 분야에서 혁신적인 기술 개발을 이루기 위한 것입니다.

  • 4-2. 프로젝트의 목표 및 기대 효과

  • 본 프로젝트의 주요 목표는 LFP 배터리 양극재를 제조하기 위한 직접 합성법 기술 개발입니다. 이를 통해 전구체 없이 재료를 합성하여 제조 과정에서 발생하는 유해물질 배출을 최소화할 수 있습니다. LFP 배터리의 양극재는 기존 방식의 전구체 합성 과정에서 전기 소모와 환경오염이 발생하였으나, 직접 합성을 통해 이 문제를 해결하겠다는 계획입니다. 또한, 전구체 공정이 양극재 생산 원가의 60~70%를 차지하고 있어, 이 기술 개발이 이루어지면 생산 비용 절감으로 이어져 LFP 배터리의 가격 인하 효과도 기대됩니다. 이 프로젝트를 통해 K배터리 대표 기업들이 중국산 전구체 의존도를 낮추고, 차별화된 배터리 기술 보유를 통해 경쟁력을 강화할 수 있을 것입니다.

5. 전구체 없는 양극재의 시장 전망

  • 5-1. LFP 배터리의 시장 경쟁력

  • LFP(리튬 인산 철) 배터리는 가격 경쟁력과 안전성 측면에서 우수하나 에너지 밀도가 낮아 자율주행 거리 측면에서 불리한 점이 있습니다. 일반적으로 LFP 배터리의 양극재는 인산염, 황산철 등을 합성한 전구체에 리튬을 첨가하여 생산하는 방식으로, 이로 인해 고비용의 수입 의존도가 높습니다. 최근 주요 완성차 제조업체들, 특히 테슬라와 폭스바겐, 그리고 제너럴모터스(GM)는 가격 경쟁력이 높은 LFP 배터리를采用하고 있습니다. 시장에서 LFP 배터리에 대한 수요는 지속적으로 증가하고 있으며, 이에 따라 양극재 전구체 대부분이 일부 국가에서 생산되고 있어 원자재 수급의 안정성이 중요해지고 있습니다.

  • 5-2. 국내 기업의 기술 개발 현황

  • 현대자동차·기아는 2024년 10월 26일 현대제철, 에코프로비엠과 함께 LFP 배터리 양극재 신기술 개발 과제에 착수한다고 발표하였습니다. 이 과제는 산업통상자원부의 지원을 받아 4년 동안 진행될 예정이며, 목표는 전구체 없이 직접 재료를 합성하는 기술을 개발하는 것입니다. 이를 통해 기존 공정에서 발생하는 유해물질 배출을 최소화하고 생산 비용을 절감할 수 있는 방법을 모색하고 있습니다. 최근 LFP 배터리에 대한 기술 개선이 진행되고 있으며, 저온에서의 충·방전 성능 및 급속 충전 기술 구현을 목표로 하고 있습니다.

결론

  • 리포트의 주요 발견은 LFP 배터리의 전구체 없는 양극재 개발이 K배터리 기업 간 협력을 통해 이루어지고 있으며, 이를 통해 생산 비용 절감과 안정적인 공급망 구축 등에서 긍정적인 효과를 기대할 수 있다는 점입니다. 또한, 중국산 전구체 의존도를 낮추고 국내 원료 공급망을 강화함으로써 전기차 시장의 빠른 성장에 대응할 수 있는 기반을 마련할 수 있습니다. 리포트는 이러한 기술 개발의 과정에서 불순물 없는 원재료 확보와 환경적 영향 최소화를 함께 고려해야 한다고 제언합니다. 향후 LFP 배터리와 관련된 기술 발전은 더 많은 산업과 통합되어 경쟁력을 강화할 전망이며, 전기차의 시장 확장에서 중요한 역할을 할 것입니다.

용어집

  • LFP 배터리 [기술]: 리튬인산철(LFP) 배터리는 가격 경쟁력과 안전성이 높으나 에너지 밀도가 낮아 주행 거리에서 불리한 특성을 가진 배터리 유형으로, 최근 전기차에 많이 사용되고 있다.
  • 전구체 [소재]: 양극재의 최종 합성물 만들기 전 단계 물질로, 전구체 없는 양극재 개발은 생산 비용 절감 및 환경 오염 최소화에 중요한 역할을 한다.

출처 문서