차세대 전기차 핵심소재 'NCMA' 기술 뜬다

차세대 전기차 핵심소재 'NCMA' 기술 뜬다

• 이수환 기자
• 승인 2020.05.08 19:27

테슬라도 적용 고려

전기차 배터리 이미지

전기차(EV) 주행거리를 늘릴 수 있는 배터리 핵심소재 니켈·코발트·망간·알루미늄(NCMA) 시대가 본격화된다. 주요 양극재 업체가 올해 하반기 공급을 시작한다. 제너럴모터스(GM), 폭스바겐, 테슬라와 같은 완성차 업체들도 차세대 전기차 플랫폼에 적극 활용할 계획이다.

8일 업계에 따르면 에코프로비엠, 포스코케미칼, LG화학, 코스모신소재 등 국내 양극재 업체들이 NCMA 공급에 나선다. NCMA는 니켈 함량 92%에 소량의 알루미늄을 더해 에너지 밀도를 높인 것이 특징이다. 가격이 비싸고 희귀광물인 코발트를 덜 사용한다. 그만큼 원재료 가격 상황에 따른 위험을 줄일 수 있다.

NCMA 경쟁에서 가장 앞선 기업은 에코프로비엠이다. 제품 개발을 끝낸 것으로 전해졌다. 이르면 상반기에 고객사에 샘플 공급이 가능할 전망이다. 특히 단결정 구조를 적용했다. 3D 코팅, 공정 최적화를 통해 수명과 성능을 높였다.

기존 니켈·코발트·망간(NCM), 니켈·코발트·알루미늄(NCA)는 다결정 구조다. 전극 공정에서 양극을 형성할 때 프레스(압연) 작업이 필수적이라 내부 조직이 갈라지고 깨진다. 충전과 방전이 반복될수록 틈이 커진다. 배터리 수명이 급속히 떨어진다. 단결정은 입자가 부서지지 않아 이런 문제가 없다. 다만 추가 공정이 필요하고 작동 전압이 커서 배터리 온도가 상승할 수 있다.

포스코케미칼도 NCMA 개발에 속도를 내고 있다. 지난해 에너지 밀도를 205밀리암페어(mAh)/g로 높인 NCMA를 개발했다. 올해부턴 에너지 밀도를 220mAh/g까지 높이고 고객사 확보에 나선다. 이 시기에 맞춰 광양 2공장에서 본격적인 양산을 시작할 전망이다.

LG화학은 2022년부터 NCMA를 양산한다는 계획을 일찌감치 세웠다. 변수는 최대 고객사인 GM이다. 최근 GM은 차세대 전기차 플랫폼 '얼티엄(Ultium)'을 발표하고 NCMA를 적용한다고 밝혔다. 2022년부터 완성차에 적용할 계획이었으나 시기를 2021년으로 앞당길 수 있다는 게 업계 전문가들의 분석이다.

테슬라의 경우 NCM523(니켈·코발트·망간 비중 5:2:3)에 NCA를 일부 혼용해 사용하는 방식이 유력하다. 에코프로비엠과 마찬가지로 양극재를 다결정이 아닌 단결정으로 활용한다. 지난해 인수한 맥스웰이 양극재를 전극에 형성하는 전극 공정(건식) 원천기술을 가지고 있다. 현재 사용하는 습식 전극 공정과 비교해 건조 과정이 불필요하다. 에너지 밀도가 높은 배터리를 빠르게 만들 수 있다.

시장조사업체 SNE리서치에 따르면 지난해 전 세계 친환경차(EV, PHEV, HEV)용 배터리 양극재인 NCM523, NCM811(니켈·코발트·망간 비중 8:1:1) 등 NCM 계열을 모두 더한 시장점유율이 55.3%에 달했다. 2021년 이후 NCM811, NCMA가 고속 성장할 것으로 보인다