2차전지 기술 탐구: 양극재의 High Nickel(하이니켈) 채용 확대

차세대 양극재 개발 방향: 하이니켈 채용 확대

 

현존하는 리튬이온 배터리 구조에서 차세대 양극재의 개발 방향은 하이니켈(니켈80% 이상 함유) 양극재와 단결정 양극재로 크게 2가지로 진행되고 있다.

 

1) 니켈 함량 80% 이상의 하이니켈 양극재는 에너지밀도가 높아 배터리 주행거리를 늘릴 수 있다.

2) 단결정(Single) 양극재는 기존의 다결정(Poly) 양극재의 한계였던 전극 형성 과정에서의 입자 크랙(Crack), 충방전 반복시 크랙의 확대로 인한 배터리 수명의 단축 문제를 해결할 수 있다. 즉, 전극 형성 과정에서 입자 크랙이 발생하지 않아 충방전 효율이 좋아지고 배터리 수명이 향상된다.

 

이중 상용화에 앞서 있고 배터리의 성능 개선에 더 중요한 것은 하이니켈 양극재다.

 

 

양극재는 들어가는 성분별로 LCO, NCM, NCA, LMO, LFP 등 여러 종류가 있지만, 이 중 전기차 배터리에 주로 쓰이는 양극재는 에너지밀도를 높일 수 있는 니켈이 들어 간 NCM(니켈/코발트/망간)과 NCA(니켈/코발트/알루미늄) 양극재이다. 통상 니켈은 에너지밀도, 코발트와 망간은 안정성, 알루미늄은 출력 특성에 관여한다.

 

전기차 시장의 성장과 함께 요구되는 배터리 성능 수준도 높아지며, 최근의 양극재 기 술개발 트렌드는 NCM811, NCA, NCMA와 같은 하이니켈계 양극재로 집중되고 있다.

 

 

 

NCM양극재는 해당 물질의 구성비율에 따라 NCM523, NCM611, NCM811 등으로 나 뉜다. NCM523이란 니켈:코발트:망간 비중이 5:2:3이라는 의미이다. NCM811양극재는 기존에 주류로 사용되었던 NCM523이나 NCM622 대비 니켈 비중을 80% 수준으로 늘리고 코발트 비중을 절반으로 줄인 양극재다.

 

NCA양극재 또한 니켈 비중이 80% 수준에 달하는 하이니켈 양극재이며, 망간 대신 알루미늄을 채용한다는 것이 특징이다. 니켈 비중을 높이며 에너지밀도를 향상시키는 동시에 알루미늄 채용을 통해 에너지 출력까지 높인 것이다.

 

NCMA양극재는 NCM과 NCA의 장점을 결합한 양극재이다. 기존 NCM에 소량의 알 루미늄을 더해 니켈이 가지고 있는 불안정성을 줄이면서 에너지밀도를 향상시킨다.

 

 

 

하이니켈 양극재 채용은 배터리 에너지밀도 상승뿐만 아니라 셀 원가 개선에도 도움이 된다.

 

통상 하이니켈 양극재(NCMA)는 일반 범용 양극재(NCM) 대비 20% 가량 비싼 것으로 알려져 있다. 그럼에도 불구하고, 적은 양의 양극재 투입으로 더 많은 용량의 배터리가 구현 가능하기 때문에 에너지 단위 GWh당 원가가 낮아져 셀 업체 입장에서는 전체적으로 원가절감이 된다. 하이니켈 양극재 채용으로 인한 비용상승분보다 셀 용량 상승효과가 그를 상회하는 것이다.

 

또한 하이니켈 양극재는 코발트 비중을 줄인다는 점에서도 원가절감에 도움이 된다. 배터리 1GWh당 유가금속 무게 차지 비중은 알루미늄 28%, 니켈 22%, 리튬 21% 순 이지만, 유가금속 가치 차지 비중은 니켈 36%, 코발트 32%, 리튬 14% 순이다. 차지 무게 대비 가치가 가장 높은 물질은 코발트로서 코발트 비중을 줄이고 니켈 함량을 높인 하이니켈 양극재는 배터리 원가구조 개선에 도움이 된다.

 

한편 양극재 업체들은 높은 가격과 고마진의 프리미엄 제품 판매로 외형 확대와 수익성 개선이 동시에 가능해진다. 하이니켈 채용 확대는 셀과 양극재 업체 모두 Win-Win이다

 

 

하이니켈 양극재는 GM, 포드, 테슬라 등 선두 전기차 업체 중심으로 그 채용 비중이 확대되고 있고, 이에 관련한 국내 배터리 3사 또한 향후 차세대 배터리 수주 프로젝트에 있어 하이니켈이 중심역할을 할 것으로 전망한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

출처: IBK투자증권, 산업자료, LGES, SKI, SDI, 에코프로비엠, Nomickel

 

뜨리스땅

 

 

 

 

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