엄지용 자동차부품연구원 박사 '리튬이차전지 산업 및 기술개발 동향'
리튬이온전지 시장은 빠르게 성장하고 있다. 2025년 글로벌 리튬이온전지시장은 1200억달러에 이를 것으로 예상된다. 가전, 전기자동차, ESS 시장에서 수요가 크게 늘어날 것이다. 매년 20%이상 성장이 예상된다.
리튬이온전지는 기존 2차전지에 비해 가볍고 에너지 밀도가 높다. 최대 수요처는 앞으로 전기자동차 분야가 될 것이다. 전기차는 화석연료가 아닌 전기에너지를 사용한다. 직간접적으로 고출력 전기동력을 생성해 구동한다. 자동차 배기가스, 온실가스에 대한 범세계적 규제가 진행되고 있어 전기차 산업 발전은 필연적이다. 전기차 에너지효율은 가솔린차에 비해 2배 높다. 이산화탄소 발생량도 거의 없다. 전기자동차 배터리 셀타입에는 원통형, 캔형, 파우치 등 다양한 형태가 있다. BMW i3는 캔형, 닛산 리프와 GM 볼트는 파우치형, 테슬라 모델S는 원통형을 사용한다.
전기차 제조원가의 45%를 2차 전지가 차지한다. 2차 전지 원가비중은 양극활물질이 36%로 가장 크다. 분리막 19%, 음극활물질 11% 순이다. 리튬이온전지용 소재 연구가 활발히 진행되고 있다. 양극활물질은 코발트 함량을 줄인 저코발트 및 무코발트 재료 개발이 이뤄지고 있다. 저가격의 니켈과 망간 재료도 개발 중이다. 음극활물질은 기존 탄소재료의 기술적 한계로 합금계 재료 개발이 이뤄지고 있다. 분리막은 고출력을 위한 박막화 및 안전성 강화를 위한 코팅재 개발이 한창이다. 전해질은 고안전성을 위한 난연성의 폴리머 고체전해질이 개발되고 있다.
그러나 리튬이온 기술은 언젠가 한계에 도달할 것이다. 리튬이온전지의 낮은 에너지밀도로 인해 전기자동차는 주행거리에 한계를 보이고 있다. 전기자동차 주행거리를 증대시키기 위해서는 고성능 고효율의 차세대 고용량 이차전지 개발이 필요하다. 또 리튬이온전지는 고속충전시 열폭주로 인해 화재 가능성도 높다. 용량과 안전성에서 측면에서 리튬이온전지를 대체할 차세대 전지 연구개발이 시급하다.
