NCM(니켈ㆍ코발트ㆍ망간)배터리보다 값싼 LFP(리튬인산철)배터리를 쓰는 전기자동차가 늘어날 수 있을까?

올해(2021년) 전세계 전기차(PHEV와 수소전기차 포함) 판매량은 전체 자동차 판매댓수의 7%를 넘을 것이라는 보도가 가을에 있었습니다. 여러 나라들이 2030년대부터 2050년대 사이에 소비자시장의 내연기관자동차 판매를 금지할 계획을 발표하기도 했죠.

그 전기차의 동력원인 리튬 이차전지, 삼원계라고도 부른 NCM배터리는 LFP배터리보다 중량당 전기저장량이 더 많았습니다. 그래서 자동차 무게를 가볍게 하는 데 도움이 됐고, 순수전기차가 하이브리드와 기름차대비 결정적인 단점이던, 장거리를 달리는 데도 더 유리했죠.

그런데, 2차전지 기술이 점점 발전하면서, LCM도 LFP도 좋아졌고,
그런 한편 사람들이 요구하는 절대적인 기준으로서의 1회충전 주행거리는 크게 늘어나지 않은 데다,
자동차회사들이 전용전기차 차대를 사용하면서 배터리말고 다른 쪽에서 경량화를 많이 했고,
한편 차체를 띄우는 게 아니라 지상에서 바퀴굴려 달리는 자동차는 배터리무게가 결정적인 요소는 아니란 말이죠.

그래도 좋은 게 좋은 거라고, 비싼 전기차 이왕이면 더 좋은 걸 고르는 게 인지상정이지만,
신재생 열풍에 인플레이션에.. 이제 원자재가격, 금속재료가격이 팍팍 올랐습니다.
그 영향은 LFP보다는 NCM쪽이 더 크게 받았다고 합니다. 원가부담.
한편 NCM배터리도 중량당 출력을 더 늘리면서 금속원소 중 비싼 것은 적게 쓰고 싼 것의 비율을 늘리는 개량연구결과가 속속 보도되고 있습니다.

대량생산되는 승용차같은 일상적인 용도에서 LFP가 더 낮은 단가로 소비자가 만족하는 성능을 구현하는 게 먼저일지, 아니면 NCM이 필요한 성능을 구현하면서 LFP와 경쟁가능할 만큼 낮은 단가를 구현하는 게 먼저일지 궁금하네요. :)

지구 전체를 구성하는 원소의 중량 비율로는 철(Fe)이 35%로 제일 많이 있는 원소이다. 철은 특히 지구 내부 코어 중량의 90.8%를 차지하는 것으로 추정되고 있다. 그 다음으로는 산소(O)가 30%, 실리콘(Si) 15%, 마그네슘(Mg) 13% 순이다.

하지만, 지각을 구성하는 원소를 기준으로 중량 비율을 살펴보면 산소가 제일 많다. 철은 산소 46.60%, 실리콘 27.70%, 알루미늄 8.13%에 이어 지각 중량의 5.0%를 차지하며 금속 중에서는 알루미늄에 이어 두 번째로 많다.

이렇게 지각을 구성하는 원소별로 중량 비율을 나타낸 값을 클라크 수(Clarke number)라고 한다. 클라크 수는 미국의 지질학자인 클라크(F. Clarke)가 지각을 포함하여 해수 및 대기 중에 함유된 원소들을 중량 비율로 표현한 것이다. 클라크 수는 지하 약 16km까지의 깊이에 이르는 지각의 암석권(岩石圈), 해수를 포함한 수권(水圈), 지구를 둘러싼 대기권을 포함한 부분을 물질의 총 질량을 100으로 하여 각 원소별로 중량 비율로 계산한 것이다. 클라크 수에서 추정한 지각의 총 중량은 지구 전체 중량의 0.3%에 불과하다고 한다.

재미있는 것은 지각을 구성하는 물질 가운데 비중이 큰 4개 원소(산소, 실리콘, 알루미늄, 철)의 누적 중량 비율이 87.4%이고 상위 9개 원소(상기 4개 원소 외 칼슘, 나트륨, 칼륨, 마그네슘 및 티타늄)의 총 중량이 지각 전체의 99.0%를 차지한다는 점이다. 이 외 다른 원소의 중량의 합은 지각 전체의 1.0%에도 미치지 못하는 것이다. 예를 들어 구리, 니켈 및 납 등 금속들은 지각에서 존재하는 비중이 겨우 각각 75ppm, 55ppm, 13ppm 밖에 되지 않는다.

- 포스코경영영연구원 2014.3.26

단가문제에 더해, 세계 최대의 전기차시장으로 평가되는 중국

세계 전기차 시장 동향 및 석유 시장 영향 - 한국석유공사 2021.10.8

  중국 정부는 2009~2019년 신에너지차 시장에 주로 구매 보조금 및 세금 면제 등의 명목으로 약 113조 원을 지출한 것으로 알려지고 있다. 이의 결과로 중국의 신에너지차 생산량과 판매량은 2015~2019년 5년 연속 전 세계 1위를 기록하며 중국은 미래 자동차 시장을 선도하고 있다. 중국에서 칭하는 신에너지차(NEV)인 순탄소 제로 배출 차량은 순수전기차(BEV), 플러그인전기차(PHEV), 연료전지차(FCV)이다. NEV는 2020년 기준 중국에서 120만대가 판매되어 자국 내 신차 판매량의 5.7%를 차지하였으며, 중국의 전 세계 전기차 시장점유율은 유럽의 강세로 전년의 59%에서 40%로 하락하였다. 하지만 올해 혹은 내년에는 세계 전기차 시장 1위 자리를 되찾을 것으로 예상된다. 우드맥은 내년 중국 자동차 시장에서 전기차 판매점유율이 14%, 판매량은 350만대까지 폭증하여 중국이 최대 전기차 시장이 될 것으로 전망한다. 중국이 2010년에 미국을 제치고 세계 최대 자동차 시장으로 부상한 이후 양국의 격차는 계속 확대되고 있다. 중국은 2035년까지 기존 내연기관차(ICE) 판매를 단계적으로 폐지하고, 자동차 시장은 신에너지차와 하이브리드전기차(HEV)로 균등하게 분할할 계획임을 지난해 10월에 발표한 바 있다.
(......) 중국이 전기차에 강한 자신감을 보이는 이유는 이러한 배터리 제조 경쟁력에서 기인한다고 말할 수 있다. 중국은 지난 10년간 배터리 원자재 공급망을 구축하였으며, 서구 기업에 비해 ESG(Environmental, Social and Governance) 제약에서 더 자유로운 중국 기업들은 콩고의 코발트 자원, 칠레의 리튬 매장량, 인도네시아의 니켈 광산에 대한 소유권과 접근권을 확보하고 있다.  

한편, 우리나라의 전기차시장은 세계 7위로 평가한 내용이 다른 기사에 나옵니다.
https://www.businesspost.co.kr/BP?command=article_view&num=259702
꼽을 만한 생산업체라 해봐야 현기차뿐이지만.

에서 비관세장벽을 쌓았죠. 오래 계속된 자국 전기차/배터리산업보호+@. 그리고 전통적으로 중국회사들은 리튬인산철배터리에 강세를 보여왔고요(그래도 아래 중앙일보기사에서는 "버스와 트럭을 제외한 승용차부문 LFP배터리 점유율은 11%"라는데, 그럼 나머지 89%는 NCM인가요? 아래 이데일리 기사에서 LFP배터리의 95%는 중국회사들이 만들어낸다고 합니다). 다만, 저 링크의 세계전기차판매 10대기업표(신차 출고댓수기준)를 보면, 2020년에 중국회사는 BYD(6위)와 지리(9위)가 올라와있고 둘이 합쳐도 2위 폭스바겐을 넘지 못했습니다. 하지만 2019년대비 큰 변화가 있어서 아직 안정된 순위는 아니며 2019년 출고량으로 치면 2위와 4위였습니다. 현대기아차는 2020년 4위지만 2019년에는 그보다 낮았습니다.

그래서인지 어떤지는 모르겠지만, 여기까지가 제가 이해한 부분입니다.
적고 나니, 구세대의 비디오테이프 표준 전쟁때의 "베타막스 vs VHS" 대결이 생각났습니다. 물론 그것하고는 다른 점이 너무 많기 때문에(예를 들어, 새 배터리가 5~10년 전에 출시된 전기차에 '호환'될 필요는 없죠) 똑같이 생각해서는 안 되지만요.


그리고 올해 나온 보도에서,
테슬라든 도요타든 중국내수용 자동차는 리튬인산철배터리를 싣는다고 했다네요. 여러 기사에서는 중국정부에게 잘 보이기 + 현지가격경쟁격화를 이유로 보고 있습니다.

아래 기사에는 우리는 우리의 장점을 키워가는 게 좋지 않겠냐고 결어. 지금 LFP를 시작해 우물을 또 파는 건 늦었다면서.
https://www.joongang.co.kr/article/25018995#home

"중국 배터리 선택" 테슬라·벤츠 폭탄선언…뒤집어진 K배터리

그렇지만 SK온은 해보려 한다고. (2021.11.18)
https://zdnet.co.kr/view/?no=20211118170136

SK온, 中 강세 LFP 배터리 시장 참전 준비...왜?

https://news.naver.com/main/read.naver?mode=LSD&mid=sec&sid1=001&oid=018&aid=0005099550

토요타, 순수 전기차 세단에 BYD LFP배터리 싣는다

토요타도 중국모델에는 LFP. 중국산쓰니 중국정부가 좋아하고, 도요타는 전고체를 최종단계로 연구해서 이쪽 생산기반은 약하기도 하고, 일단 화재 리스크는 훨 적다는 거. 2019년 중국 심천에 설립한 도요타-BYD합작법인에는 BYD엔지니어 100명이 같이 근무.

 

https://news.naver.com/main/read.naver?mode=LSD&mid=sec&sid1=001&oid=030&aid=0002986336 

전고체 고집해온 日토요타, 결국 리튬이온 전지로 우회

토요타는 노스캐롤라이나주 랜돌프 카운티에 12억9000만달러(약 1조5200억원)를 투자해 자사의 미국 내 첫 번째 배터리공장을 건설, 2025년 생산을 목표(......) 토요타는 이 공장에 총 4개 생산라인을 설치해 연간 80만개 전기차용 배터리 생산능력을 확보한다. 향후 적어도 2개 생산라인을 추가해 배터리 생산능력을 연간 120만개로 늘릴 예정이다. (......) 토요타는 전동화 시대를 맞아 리튬이온 배터리가 아닌 전고체 배터리로 차별화를 노렸지만, 잇단 상용화 실패로 기존 경쟁사들과 같은 리튬이온 배터리로 전환했다. 토요타의 전고체 배터리 전략은 장기적으로 추진 될 전망이다. - 전자신문 2021.12.7

"테슬라가 지난해 9월 '배터리 데이'에서 LFP 배터리 가능성을 언급한 이후 폭스바겐, 포드, 벤츠, 현대차 등 많은 글로벌 완성차 기업이 LFP 배터리를 언급하기 시작했다. 엔트리 모델 등 주행가능거리가 길지 않은 모델에 LFP 배터리를 사용하겠다는 것이다." -https://www.hankyung.com/finance/article/202112016619i

"또 다른 소식통은 “CATL이 한국 지사를 설립하고 현대차에 LFP 배터리를 공급을 지원할 것”이라고 말했다.
CATL은 올해 2월 현대차그룹의 전기차 전용 플랫폼 E-GMP 3차 배터리 공급사로 선정됐다. CATL이 현대차그룹의 E-GMP를 기반으로 한 전용 전기차에 배터리를 납품하는 것은 16조 원 규모의 2차 물량을 LG에너지솔루션과 공동으로 따낸 데 이어 두번째다." - https://www.edaily.co.kr/news/read?newsId=03378406629246704


그 외 기사들.

"메르세데스-벤츠는 "'EQA'와 'EQB' 같은 전기차 모델에 2024~2025년부터 가격이 저렴한 LFP 배터리를 탑재할 계획"이라고 언급했다.
앞서 테슬라는 모든 '기본형 차종(스탠다드 트림)'에 LFP 배터리를 적용하겠다고 밝혔다. 스탠다드 트림은 테슬라 차량 중 가장 주행거리 짧은 트림에 속한다. 뿐만 아니라 폭스바겐, 포드 등이 LFP 배터리 사용을 검토 중이다. 애플카 생산을 추진하는 미국 애플도 LFP 배터리를 선호하는 것으로 알려졌다.
현대차의 LFP 배터리 채택 가능성 역시 점쳐진다. 현대모비스는 전날 중국 CATL의 셀투팩(CTP·cell-to-pack) 기술 라이선스·파트너십 계약을 체결했다.
셀투팩 기술은 셀-모듈-팩으로 이어지는 배터리팩 제조 과정에서 모듈 단계를 없앤 중국 CATL의 독자 기술이다. 셀에서 곧바로 팩을 만들 수 있어 비용 절감 효과도 있다. 셀투팩 기술은 주행거리가 짧은 LFP 배터리의 단점을 극복하기 위해 개발됐다. 현대모비스는 이 셀투팩 기술을 이용해 배터리 시스템 어셈블리(BSA)를 개발할 계획. 향후 현대차그룹의 전기차 플랫폼 'E-GMP'에 활용될 가능성이 높다. 업계에서 현대차의 LFP 배터리 채용 가능성을 언급하는 것도 이 때문이다. 테슬라는 이미 CATL과 협업해 셀투팩 기술을 적용한 LFP 배터리를 일부 모델에 적용해 왔다." - 한국경제신문 2021.10.28
https://www.hankyung.com/economy/article/202110289269g

중국 2차전지: LFP 배터리 양극재 기업 디나노닉 주목해야 [애널리스트 칼럼]

'구식'이라고 외면받더니…테슬라·벤츠 이어 현대차도 '눈독'

"테슬라는 최근 투자설명회에서 주력 차종인 모델3, 모델Y에 LFP 배터리를 탑재하겠다고 밝혔다. 중국 상하이 공장에서 생산하는 이들 차종에 중국산 LFP 배터리를 탑재하겠다는 것이다. 메르세데스-벤츠 모회사 다임러의 올라 칼레니우스 회장도 차세대 전기차 모델인 EQA, EQB 등에 LFP 배터리를 탑재하겠다고 선언했다. 올라 칼레니우스 회장은 “2024년부터 소형, 준중형 전기차 배터리를 LFP 배터리로 교체하겠다”고 말했다."
"배터리는 전기차 가격의 40% 이상을 차지할 정도로 핵심 부품이다"
https://www.mk.co.kr/news/economy/view/2021/11/1051135/

테슬라·벤츠 “값싼 LFP 배터리 채택” ...NCM 주력해온 한국 업체 ‘발등의 불’

벤츠는 최고급 전기차 세단 'EQS'에 중국 CATL의 각형·파우치형 배터리를 탑재하기로 결정했다. 벤츠의 최고급 세단 'S클래스'에서 이름을 따온 EQS에는 메르세데스-벤츠의 전기차 전용 플랫폼이 처음으로 적용됐다. 벤츠는 2019년 처음 출시한 전기차 'EQC'에는 LG화학의 파우치형 배터리를 탑재한 바 있다. 하지만 벤츠는 전기차 전용 플랫폼을 도입하면서 각형 배터리까지 사용 범위를 넓혔다. (......) 벤츠 EQS의 1회 충전 시 주행거리는 770㎞(유럽기준)로 테슬라의 고급세단 '모델S'(624㎞·유럽기준) 보다 길다. (......) 벤츠와 CATL는 배터리 셀을 곧장 배터리 팩으로 만드는 '셀 투 팩' 기술도 공동 개발
https://www.joongang.co.kr/article/24037654#home
https://biz.chosun.com/industry/company/2021/05/26/MKBRIL5Y5VG6ZG5L4AIL7UVAT4/