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전기자동차 배터리 시장
기존 화석연료 자동차에 장착된 배터리는 차량의 시동이나 라이트에 사용되는 SLI(Starting Lighting and Ingniton) 배터리인데 반해 전기자동차 배터리는 전기 모터에 전력을 공급해 차량 자체를 구동하는 2차 전지로 일반적으로 리튬이온(lithium-ion)을 사용하며 리튬이온 배터리는 Whittingham(1976)이 처음 제안했으며 1991년 일본 소니사가 처음으로 상용화에 성공했고 또한 사용하지 않는 동안 자가 방전이 일어나는 정도가 미미해(Bruce 1996) 소형 IT기 기 전기자동차 항공산업 등 다앙햔 분야에서 폭넓게 사용된다.
리튬이온 배터리는 양극과 음극 분리막 전해질로 구성되어 있고 리튬이온이 분리 막을 뚫고 양극과 음극 사이를 이동하고 동시에 전자도 외부 회로를 통해 두 전극 사이를 이동하면서 충전과 방전이 이루어지고 전기자동차에 장착되는 리튬이온 배터리는 여러 개의 셀(cell)을 조합해서 모듈(Module)을 형성하고 이들 모듈에 BMS(Battery Management System)와 냉각시스템 등을 함께 조립한 팩(Pack)의 형태로 만들어진다.
전기자동차 배터리에 사용되는 양극재는 주로 Li(NiCoMn) O 2 (삼원계) 나 LiMPO4(리튬인산철)을 사용하며 삼원계 배터리에 사용되는 양극재는 니켈(N) 코발트(Co) 망간(Mn)을 8:1:1 비율로 혼합하는 NCM811과 6:2:2 비율을 사용하는 NCM622 등이 있으며 삼원계 배터리의 양극재 재료로 망간 대신 알루미늄(Al)이 사용되기도 하며 반면 리튬인산철 배터 리는 양극재로 인산철과 리튬을 사용된다. 삼원계 배터리는 리튬인산철 배터리보다 에너지 밀도가 높아 주행거리 측면에서 장점을 가지고 반면 리튬인산철 배터리는 안전성과 수명 측면에서 삼원계 배터리보다 우위를 지니고 있으며 생산비용이 저렴하다는 것도 장점이며 음극재는 충전하는 동안 양극에서 방출된 리튬이온을 저장했다가 배터 리가 사용되는 경우 저장했던 리튬이온을 방출하는 역할을 한다.
음극재의 재료로는 가격이 저렴하고 안전한 흑연이 사용되며 양극과 음극의 접촉을 차단하는 분리막은 사용 목적에 따라 10~30μm 정도의 두께를 사용하며 리튬이온이 통과할 수 있도록 0.1~1μm 정도의 틈으로 구성되어 있고 폴리에틸렌(Polyethylene)이나 플리 프로필렌 (polypropylene)과 같은 고분자 물질이 분리막의 재료로 사용되며 전해질은 충전과 방전 시 리튬이온을 음극과 양극으로 이동시 켜주는 매개체 역할을 하며 전해질로는 주로 액체 유기용매를 사용했었 으나 최근에는 누출로 인한 발화 위험을 방지하기 위해 폴리모 가소재를 사용하는 추세이고 전기자동차에 사용되는 원통형 18650 배터리의 원가구조를 살펴보면 양극재는 전체 배터리 생산비용의 39.1% 분리막은 16.9% 음극재는 10% 전해질은 8.9%를 차지하며 배터리 소재산업 분야에서 중국기업들은 양적인 측면에서 많은 진전을 보였고 SNE Research의 통계자료에 따르면 중국 기업인 XTC사는 핵심 소재인 양극재 시장에서 2018년 기준 총 2만 5천 톤을 생산해 세계 4위의 시장점유율을 기록했다.
또 다른 중국 기업인은 2만 3천 톤의 양극재를 생산해 시장점유율 5위에 이름을 올렸고 음극재 분야에서도 중국의 BTR)은 2018년 생산량 기준으로 4만 3120톤을 생산해 세계 2위의 시장점유율을 보였으며 Tinci는 전해질을 3만 5700톤 생산하는 1위 기업으로 성장했고 분리막 분야에 서도 중국의 SEN사가 2018년 기준 4억 6900만㎡를 생산해 세계 2위의 시장점유율을 보였으며 배터리의 주요 소재 중 생산원가의 약 40%를 차지하는 양극재는 배터리의 에너지 밀도에 지대한 영향을 미치며 중국 CATL이 2017년 개발한 배터리 셀의 에너지 밀도는 207Wh/kg에 불과했지만 2019년에 개발한 셀의 배터리가 개발되면서 304Wh/kg까지 상승했고 하지만 전기자동차 배터리 시장 1위 기업인 일본 Panasonic사 생산하는 배터리 셀의 에너질 밀도는 340Wh/kg으로 중국기업과 큰 차이를 보이고 있으며 중국 전기자동차 배터리의 기술 경쟁력 수준은 6.48로 일본의 8.76 한국의 8.40과 비교하면 기술적인 측면에서는 아직까지 낮은 수준에 머물고 있다.
※참조 문헌 : 중국 전기차 배터리 산업의 경쟁력 연구 (이성용 2020)
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