2차전지

1차전지와 2차전지의 차이?

충전과 방전 과정을 통해 반복해서 쓸수 있는 2차전지

(1차전지는 한번에 방전해버리는 일회용전지로 수은전지, 리튬망간, 알칼리망간전지)

2차전지의 종류에는 리튬계(리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지)와 알카리계(니켈카드뮴, 니켈수소, 니켈아연), 산성계(납축전지) 등이 있는데 최근엔 리튬이온 전지가 차세대 전지로 각광을 받고있음

납축전지와 니켈카드뮴전지는 에너지 저장용량이 적고 오염물질이란 점에서 사용이 크게 줄어들고 있음

리튬이온 전지는 가격이 비싸고 대형화가 힘들어 휴대전화·노트북 등 휴대형 기기에 주로 쓰임

전기자동차에는 에너지 저장용량이 작고 무거운게 단점이지만 가격이 싸기 때문에 니켈수소전지가 탑재

 

2차전지중 리튬이온과 리튬이온폴리머전지 차이?

배터리 용량이 하이브리드카보다 훨씬 커야 하는 전기차나 플러그인 하이브리드카에 장착되고 있음

특히 리튬이온폴리머전지는 폭발 위험성이 있는 리튬이온전지와 달리 액상형 전해질 대신 고분자 재료를 사용해 안정성을 높였고 전지의 모양을 자유롭게 할 수 있는 장점이 있음

리튬이온전지: 액상형 전해질, 리튬폴리머보다 저장용량과 안정성 낮음, 전지모양 자유롭지 않음

리튬이온폴리머전지: 고분자재료, 리튬이온보다 저장용량과 안정성 높음, 전지모양 자유로움

보호회로가 필요없는만큼 부피면 더 많이 넣을수 있어 리튬이온전지에 비해 두배가까운 용량임

리튬이온폴리머가 저장용량이나 안정성 등에서 리튬이온보다 우수함에도 불구하고 양산 부족과 그에 따른 제조가 상승이 발목을 잡고 있다고 지적함, 생산공정 자체도 다를 뿐 아니라 전해액 주입 공정과 파우치 공정 등에서 세밀한 관리 작업이 요구되는 점 까다로운 것이 한 두개가 아니라고함

무게와 안정성에서 뒤졌던 리튬이온전지 기술이 최근 리튬폴리머의 장점을 상쇄할 만큼 성장했다는 게 업계 전문가들의 중론임 (관련업체: LG화학, 삼성SDI, SK에너지)

 

2차전지 핵심소재는?

2차전지는 양극활물질, 음극활물질, 분리막(seperator), 전해질 등 4개 핵심 소재로 구성됨

양극활물질은 코발트나 니켈ㆍ망간으로 만들며 리튬이온전지 가격의 40% 내외를 차지함

분리막은 양극과 음극 사이를 나누는 다공성막으로 이온전달의 통로 역할, 전체 재료비 중 14%를 차지

2차전지 원재료 제조업체(제조원가비)  2차전지 원재료는 주로 일본업체가 주도하지만 국산화노력중

양극(40%) – 엘엔에프, 한화케미칼, 에코프로, 휘닉스피디이, 새한미디어, 대정화금

음극(10%) - OCI머터리얼즈, 카보닉스(비상장)

분리막(14%) - SK에너지, 이엔테크(비상장)

전해질(7%) – LG화학, 제일모직, 테크노세미켐, 에코프로, 후성

 

자동차용 배터리 발전은 어떻게?

자동차용 배터리 등에 주로 쓰이는 납축전지가 1860년대 가장 먼저 개발

1960년대 니켈·카드뮴 전지, 1990년대에 리튬이온·폴리머전지가 등장함

니켈수소전지는 1990년대 초 일본에서 상용화돼 주로 도요타 프리우스 등 일본산 하이브리드카에 장착 에너지 저장용량이 작고 무거운게 단점이지만 가격이 싸기 때문에 하이브리드카에 적용된 전지 중 80~90%를 차지하고 있음

소니가 최초로 상용화한 리튬이온전지는 덜 무거우면서 에너지밀도가 높고 안전성도 좋아 2차전지 시장의 핵심으로 부상

한국은 1999년 LG화학이 국내 최초로 리튬이온전지를 양산하면서 본격적으로 세계 2차전지 시장에 뛰어들었음. 삼성SDI도 이듬해 월 220만셀 규모의 리튬이온전지 생산공장을 완공.

그러나 2005년까지도 일본기업들이 세계시장을 석권했고. 산요와 소니, 파나소닉 등 일본기업들이 시장의 50% 가까이를 차지함. 삼성SDI와 LG화학은 시장점유율 합계 17.4%로 일본의 3분의1수준이었음

후발주자로서 어려움도 적지 않아서 초기엔 가동률이 떨어졌고, 기술적인 측면에서 뒤졌음

이후로 품질에서도 간격이 좁혀지기 시작했고, 2006년부터 산요와 소니 등 일본기업들이 대량 리콜 사태를 겪으면서 기술적 신뢰도에 상처를 입었고, 결정타는 2008년 글로벌 금융위기였음

2007년까지 100엔당 700~800원 수준이던 환율이 2008년 말 1400~1500원으로 치솟았음

대등한 품질에 가격 경쟁력까지 갖춘 한국 기업들이 일본 기업들의 공급 물량을 급속도로 잠식함

삼성SDI와 LG화학은 각각 2008년과 2009년에 소니를 제치고 2, 3위에 올라섬

1990년대 글로벌 반도체시장에서 후발주자인 한국이 일본을 제치고 세계 정상에 올라섰던 ‘반도체 신화’가 재현되는 양상으로 보여짐. (자동차도 같은그림??)

 

중대형 2차전지 시장에서 국내 업체들의 3각구도 – 삼성SDI, LG화학, SK에너지

LG화학의 경우 미국 '빅3' 자동차 메이커 중 2곳인 GM과 포드, 미국 상용차 업체인 이튼(Eaton), 중국의 장안기차, 유럽의 볼보자동차 등 이미 확보한 고객만 7개사다.

당초 연말까지 10개사로 늘리겠다고 했는데 최근 이 목표도 상향 조정했다.

삼성SDI는 일찌감치 글로벌 자동차 메이커인 BMW를 잡으면서 LG화학과 양강 구도를 형성했다.

세계 최대 자동차 부품업체인 독일 보쉬와 손잡고 합작사인 'SB리모티브'를 설립했고, 이를 통해 2013년부터 2020까지 8년간 BMW에 전기차용 배터리를 공급할 예정이다.

후발 주자인 SK에너지의 추격도 만만치 않다. 독일 자동차 제조기업인 다임러그룹의 '미쯔비시 후소'에 이어 현대·기아차그룹이 첫 순수 전기차로 개발 중인 'i10' 기반 양산 모델에 배터리를 공급키로 했다. 구 사장도 "하이브리드 전기차(HEV) 등의 분야에선 출발이 느렸지만 완전한 의미의 전기차(EV) 측면에선 상당한 기술경쟁력을 확보했다"며 "양산 체제도 갖춘 만큼 (현대기아차 계약보다) 더 큰일들이 벌어질 것"이라고 강한 자신감을 보였다.

 

 

LG화학

GM 전기차 배터리 공급 본격화. 충북 오창테크노파크에 올 상반기까지 추가적으로 GM용 양산 채비를 갖춘 후, 하반기부터 2015년까지 6년간 GM에 배터리를 공급. GM이 올 하반기에 양산할 예정인 시보레 볼트는 소비자가 실질적으로 구매할 수 있는 세계 최초 전기차로, 배터리가 동력의 보조수단으로만 작용하던 기존 하이브리드카와는 달리 순수 배터리 힘만으로 구동하는 차세대 친환경 차량.

GM이 2011년부터 생산할 스포츠 유틸리티(SUV) 전기차인 '뷰익', '도시형 전기차(NEV)' 전문 생산업체인 CT&T와도 배터리 공급 계약 체결. NEV는 시속이 40km/h에서 80km/h 수준인 근거리용으로 전기차로 도심 출퇴근용이나 관공서 등에서 특수용도로 사용.

현대차가 국내 최초로 양산하고 있는 하이브리드자동차 '아반떼'와 기아차의 '포르테'에도 배터리 공급.

최근 상용차 부품분야 북미 1위 업체인 미국 '이튼(Eaton)'과 리튬이온 배터리 공급계약을 체결. 올 11월부터 본격적으로 납품. 계약기간은 올해부터 4년간이며, 배터리 셀(Cell)뿐만 아니라 배터리 제어시스템(BMS) 등 다양한 부품으로 구성된 팩(Pack) 형태로 관련 제품을 공급.

최근 기자들이 미국 미시간주에 위치한 GM테크센터를 방문한 자리에서 미키 블라이 GM글로벌 배터리 전기차 담당 전무는 "LG화학은 이 분야에 진정한 리더"라며 "개발과정에서 최고의 기술력을 보여줘 너무나 훌륭했고 우리는 향후 소중한 관계를 유지할 것"이라고 극찬. "GM에 20년간 다니면서 이런 협력사는 없었다"고 강조.

이에 따라 최근 포드와 폭스바겐 등 미국과 유럽의 메이저 자동차업체와도 배터리 공급 협상 진행 중이며 체결 가능성이 높은 것으로 관측.

 

삼성SDI

2008년 6월 세계 최대 자동차 부품업체 독일 보쉬와 합작법인인 'SB리모티브'를 설립, 전기자동차용 리튬이온 2차전지로 사업 영역 확대. 이를 통해 올해 전기차용 리튬이온 2차전지를 출시하고, 2015년에는 전기자동차용 리튬이온 2차전지 시장에서 세계 점유율 30%를 달성한다는 전략.

SB리모티브는 이미 지난해 8월, 글로벌 자동차 제조사 BMW에 전기자동차용 배터리를 단독 공급키로 계약 체결.

최근 GM 측이 LG화학과 더불어 배터리 공급업체로 검토하고 있다고 언급해 기대감 고조.

 

SK에너지

지난해 독일 자동차 제조기업인 다임러그룹의 글로벌 하이브리드 센터(Global Hybrid Center)가 프로젝트로 추진 중인 '미쯔비시 후소'사(社)의 하이브리드차(HEV)에 장착될 리튬이온 배터리 공급업체로 선정. 자동차 회사에 공급하는 것을 기준으로 2011~2012년경 양산 예정. '미쯔비시 후소'는 1932년 설립됐으며, 2007년 기준 약 19만대의 버스 및 트럭을 판매한 아시아의 톱(TOP) 중대형 차량 제조업체. 다임러그룹이 85%, 미쯔비시 그룹이 15% 지분을 보유.

최근 디트로이트 모터쇼에 2명의 실무진을 파견, 국내 도시형전기차 업체인 CT&T의 부스엔 리튬이온 배터리 전시하는 등 적극적인 마케팅 활동.

강점은 핵심소재 기술의 경쟁력 확보. SK에너지가 보유한 리튬이온 전지 관련 소재 및 제품 기술은 △세계에서 3번째, 국내에서 최초로 상업화에 성공한 리튬이온 전지 분리막(LiBS) 소재 제조기술 △30년 이상 축적된 박막 코팅 기술 △배터리 팩-모듈 제조기술 등. 특히 2차전지의 핵심 소재인 LiBS는 이동 정보통신 기기의 주 전력원인 리튬이온 2차전지(LIB) 및 리튬이온폴리머 2차전지(LIPB)의 핵심부품으로 양극, 음극, 전해액 및 기타 안전소자와 함께 리튬이온 2차전지를 구성.

수 마이크로 미터(100만분의 1미터)의 얇은 고분자 필름인 LiBS는 에너지를 저장하고 있는 양극과 음극 사이에 위치해 외부로 전기 생산을 가능하게 하며 단락에 따른 폭발?발화 등의 이상작동을 막아 전지에 안전성을 부여. 또 필름에 분포한 수십나노미터(10억분의 1미터) 크기의 기공으로 리튬이온을 통과하게 해 전지 기능을 하도록 함. 올해 LiBS 생산라인을 현재 3개에서 2개를 더 추가적으로 가동할 계획.

최근 구자영 사장이 배터리 공급계약 임박했다고 언급. 벤츠, 르노 등의 업체가 유력한 것으로 알려짐.

 

기타

한화석화 2차전지 핵심소재인 양극재 생산공장 설립. 올 10월까지 울산2공장 내 약 5600평방미터(㎡) 부지에 중대형 2차전지의 양극재로 사용되는 LFP(LiFePO4, 리튬 인산 철)를 초임계 수열합성 공정을 이용해 생산하기 위한 공장을 건설. 이 공장은 연간 600톤의 LFP를 생산할 수 있는 규모. 이는 약 12만대의 하이브리드자동차(HEV)에 2차전지를 공급할 수 있는 양으로 준공 뒤 3개월의 시운전을 마친 후부터 본격적인 양산체제로 전환될 예정.

총 3000억 원을 투자, 2015년에는 1만2000톤까지 생산능력을 확대 계획. 자체 기술력으로 개발에 성공한 양극재인 LFP는 기존 양극재시장의 대부분을 차지하고 있는 LCO(LiCoO2, 리튬 코발트 산화물)와는 달리 철을 주원료로 하기 때문에 가격이 저렴할 뿐만 아니라 친환경적. 이에 따라 전기자동차는 물론 전력저장, 서비스 로봇 분야 등을 견인할 차세대 중대형 2차전지의 핵심소재로 부각.

GS칼텍스도 2차전지의 일종으로 전기이중층커패시터(EDLC)의 핵심부품인 탄소소재 올 4월부터 생산.