한국과 중국의 글로벌 전기차 배터리 전쟁

전세계 전기차 배터리는 한국과 중국이 양분

배터리 세계 투탑은 한국과 중국으로 인산철 배터리와 3원계 배터리가 두 나라의 주력품이다.

중국의 주력상품 인산철 배터리

중국이 생산하는 주력 배터리는 인산철배터리이다. 세계 인산철배터리의 95%가 중국에서 나오고 있다. 인산철배터리는 배터리 성능이 짧다는 단점이 있지만, 철이 싼 재료라서 원가가 싸고, 에너지밀도가 낮아서 불이 잘 나지않는다.

한국의 주력상품 3원계 배터리

한국이 생산하는 배터리는 3원계 배터리다. 니켈, 코발트, 망간을 보통 60%, 20%, 20% 섞어 만들어서 3가지가 섞여 있다고 해서 3원계 배터리라고 부른다. 3가지중 코발트가 비싼 재료라 원가가 비싸고, 에너지밀도가 높아서 불이 잘 나지만, 배터리 성능이 좋아 오래 가는 장점이 있다.

3원계 배터리의 단점

배터리 구성분중 하나인 코발트는 비싸고, 희귀하고, 코발트 자원보유 국가가 내전등으로 불안정하며, 중국의 영향력이 큰 자원이다. 코발트는 한국의 경우 고려시대 고려청자의 비색을 내는 원료로 쓰이기도 했던 자원으로, 전세계 매장량의 60%가 콩고에 몰려있는 자원이다.

현재 중국이 콩고의 코발트 광산을 장악하고 있음

중국이 장악한 코발트 광산을 통해 콩고가 생산하는 코발트의 90%가 중국으로 들어가 배터리의 재료가 되고 있다. 중국의 코발트 생산경로 장악으로 인해 코발트에 대해 주목을 하기 시작하였다.

전기차 경쟁 목표는 1회 충전 주행거리

전기차의 1회 충전 주행거리가 100킬로대를 넘나들고 있던때에, 테슬라가 1회 충전에 400킬로를 주행할 수 있는 전기차를 뽑아내면서 성능 평가의 기준이 되었다.

주행거리가 경쟁력의 요소라 성능이 좋은 3원계 배터리가 주목을 받음

전기차 충전소가 많지않아 1회 충전 주행거리가 경쟁력의 가장 큰 요소가 되던 시절이라, 전기차 시장은 한국이 만드는 3원계 배터리가 중국 인산철 배터리를 압살할 수 있었다.

3원계 배터리는 불이 잘 나는 문제점이 있음

이 부분을 해결하기 위해, 3원계 배터리는 셀을 모듈로 감싼다음 몇개의 모듈을 모아서 팩을 만드는 방식으로 안전성을 확보하였다. 포장을 이중으로 해서 충격으로부터 보호를 했다는 것임. 복잡한 방식이다보니 기술력이 필요했고, 중국이 쉽게 따라올 수 없는 경쟁력을 확보하게 되었다.

테슬라의 충격적인 발표

테슬라의 전기차 일반형에 지금까지 쓰던 3원계 배터리가 아닌 인산철배터리를 쓰겠다고 발표하였다. 엘지화학등 한국 3원계 배터리 제조사들과 협력사들은 이 발표에 크게 흔들렸다.

인산철 배터리의 약점을 극복한 테슬라

테슬라의 인산철 사용은 인산철 배터리에 셀 투 팩 기술이 개발된 것이 주요 원인이 되었다. 인산철 배터리는 3원계 배터리의 70%정도 성능밖에 안나와서 1회 충전 주 행거리가 짧은게 한계였는데 셀 투 팩이 해결책이 된것이다. 3원계 배터리는 안전성 확보때문에 셀을 모듈로 감싸고, 모듈을 다시 팩으로 감싸는 이중포장을 했는데, 셀투 팩은 모듈을 없애버린것이다.

인산철 배터리의 단점 개선을 통한 가성비 확보

모듈이 없어지고, 셀을 바로 팩에 포장을 해버리니, 모듈이 들어가는 공간에 셀을 더 넣을 수가 있게 되었다. 성능 차이를 기능개선으로 극복하는게 아니라, 더 많은 배터리를 때려 넣어서 1회 주행거리를 3원계 수준과 비슷하게 만들어 버린 것이다. 모듈이 없어 이중포장이 안된다고 하더라도, 인산철 배터리 자체가 불이 잘 안나다보니 위험하지는 않다는 판단이 들어가게 된 것이다.

3원계 배터리의 화재 위험성으로 인한 상품성 하락

코나와 미국 GM에 들아간 LG에너지솔루션의 3원계배터리에 화재가 나서 '전량 리콜이 들어간 점도 이슈를 키웠다. 인산철은 불이 잘 안나는데다, 셀투 팩을 하면 주행거리도 3원계 만큼 나오고, 가격까지 더 싸다고 하니 갑자기 인산철이 좋아보이기 시작한 것이다.

향 후 배터리 전쟁 전망

인산철 인기가 떡상해서 한중 배터리전이 중국승 한국 패로 끝난것은 아니다. 일단 인산철 배터리의 특허 부분이 중국의 발목을 잡고있다. 중국 BYD는 모듈을 없앤 셀 투 팩을 개발해서 1회 충전 605킬로 주행을 만들었는데 문제는 특허였다.

특허에 발목잡힌 인산철 배터리

인산철배터리관련 특허는 노벨화학상을 수상한 미국 구리노프교수가 가지고 있었는데, 배터리 양산을 BYD에 맡긴후 BYD가 자체 개발을 했다고 발표를 한 것이다. 구리노프교수는 분명히 내 특허를 훔쳐서 만든 것이라고 특허 소송에 들어가 결국 인산철배터리는 중국내에 돌아다니는 전기차에는 쓰고 있지만, 특허 문제 때문에 수출을 할 수 없는 상태가 되었다. 문제는 올해말이면 해당 특허가 대부분 효력이 만료된다는 것이다.

한국 배터리사들의 대응책 준비 - 하이 니켈 베터리

한국 배터리사는 하이 니켈 배터리라는 3원계 배터리 업그레이드를 시작하였다. 현재 니켈 60% 코발트 20% 망간 20%를 넣고있는데, 니켈 함량을 80%에 서 90%까지 높여서 20%를 넣던 코발트를 5%에서 10%만 넣게 만드는 것이다. 하이 니켈 배터리가 개발되면 가장 비싸고 희귀한 코발트 비중이 현재의 절반이나, 25%까지 낮아져서 가격 경쟁력이 생긴다.

다른 방향으로 개발 진행을 하고 있는 한국 회사도 있다.

하이 망간 배터리

현재 니켈 60 코발트 20 망간 20 배합중 가장 가격이 싼 망간 비중을 70%까지 높인 배터리. 니켈 20 코발트 10 망간 70 짜리 하이 망간 배터리 역시 가성비가 좋아져서 대안이 될 수 있다. 올해 말 특허 만료로 중국 인산철배터리 봉인이 해제될때까지 한국에 신무기가 장착될 수 있을지가 관전포인트가 되고 있다.