전기차가 대세가 되면서 배터리 관련 주가가 크게 오르거나 관련 뉴스들이 많이 나오는 걸 보셨을 겁니다. 배터리 2차 전지 관련해서 핵심 소재인 리튬에 대해 간략하게 공부해 보는 시간을 갖도록 하겠습니다. 최근에 리튬 가격이 크게 하락하고 있지만 K-배터리는 웃을 수 없는 상황이라고 하는데 그 이유도 함께 알아보도록 하겠습니다.
2차 전지에서 왜 리튬은 중요한가?
리튬은 2자 전지를 제조하는 제조사 입장에서 절대 빠져서는 안돼는 핵심소재입니다.
배터리를 구성하는 요소는 크게 4가지로 구분됩니다. 양극재, 음극재, 전해액, 분리막 등 4가지가 있는데 배터리의 용량과 전압을 좌지우지하는 것이 바로 양극재의 핵심소재가 리튬이 되겠습니다. 니켈, 망가니즈 등의 여러 원료를 전구체에 리튬을 섞어서 최종적인 양극재가 만들어지는 이때 화합물을 통해 가공이 됩니다.
배터리를 만드는 데 있어서 사용되는 리튬 화합물이 크게 2가지가 있는데 바로 수산화 리튬과 탄산 리튬입니다.
배터리의 원가 비중에서 양극재가 차지하는 비율은 52% 정도이고 리튬은 양극재 원가의 60-70% 차지할 정도로 비중이 높은 소재입니다.
수산화 리튬 알아보기
수산화 리튬은 주로 전기차 배터리에 사용되는 양극재 제작에 사용됩니다. 주로 고 밀도 고용량의 배터리 제작에 사용되기 때문이며 배터리의 에너지 밀도를 높여주는 니켈과 잘 반응해서 합성 등이 용이하기 때문입니다. 최근에는 니켈의 비중이 60% 이상으로 높은 하이 니켈 배터리가 주목받고 있는데 이때 필요로 한 것이 바로 또 수산화 리튬입니다. 대중에 시장에서 니즈가 커지고 수요가 많아지고 있습니다.
탄산 리튬 알아보기
수산화 리듐이 고용량 배터리 제작에 사용되는 반면 탄산리튬은 보통 인산철을 양극재로 사용하는 소형 전기차나 LFP 배터리등 에너지 밀도가 낮은 가전제품 제작 IT 기기, 소형 기기 제작에 사용되는 배터리에 주로 사용됩니다.
LFP 배터리?
LFP 배터리에 대해 알아보도록 하겠습니다. 전기차에 많이 사용되고 2차 전지라고 불리는 배터리의 방식은 리튬 이온 방식의 배터리를 말합니다. 리튬 이온은 리튬의 화학 반응을 이용하는 것인데요 충전하고 방전할 때 리튬 이온이 전자가 양극 음극을 이동하면서 전기 에너지를 발생시키는 원리를 이용한 겁니다.
또 리튬이온배터리는 양극재를 어떤 것으로 사용하느냐에 따라서 삼원계 사원계 LFP 배터리로 구분이 됩니다. 이때 양극재를 코발트, 망가니즈, 알루미늄 등 3 – 4개 정도의 비철금속으로 구성하는 경우 그 숫자에 따라 삼원계 사원계 등으로 이름이 붙습니다. 근데 양극재를 이런 비철금속을 사용하지 않고 인산철을 사용하는 배터리는 LFP 배터리라고 부르게 됩니다.
그럼 LFP는 삼원계 사원계식보다 가격이 저렴해지고 안정성이 높다는 장점이 있습니다. 그리고 과충전 등의 인한 사고 발생 시에도 화재 위험이 낫다고 알려있고 상대적으로 배터리의 수명도 긴 편에 속합니다.
하지만 LFP는 삼원계 사원계 방식보다 배터리 성능이 낮다고 평가받고 있어요 가격이 싸고 안정성이 높지만 에너지 밀도가 상대적으로 낮아 전기차에 사용했을 경우 주행거리가 떨어지는 치명적인 단점이 생겼습니다. 대략 삼원계 배터리를 적용한 배터리가 주행거리가 측정해 보니 423km가 나왔는데 인산철을 사용한 LFP 배터리의 경우 주행거리가 407km로 상대적으로 낮게 나왔습니다.
하지만 단점도 있지만 장점도 많이 있기 때문에 산업계에서는 LFP 배터리의 에너지밀도를 높여서 기능을 보완시키는 연구가 활발하게 진행 중이라고 합니다. 대표적으로 LFP 배터리를 사용한 제품이 테슬라의 모델 3(RWD) 중국 상하이 팩토리 생산 모델이 있습니다. 보조금 받으면 4천만 원대 테슬라라고 불리던 바로 그 제품입니다.
리튬황배터리 (차세대 기술)
리튬황 배터리란 음극재에 리튬 메탈 등의 초경량 소재를 사용해 무게당 에너지 밀도를 기존 리튬 이온 대비 1.5배 이상 배터리를 말합니다. 리튬과 황이 만나 황화 리튬이 되는 과정에서 발생하는 에너지를 사용 반대 과정에서 에너지를 저장하는 차세대 배터리로 꼽히고 있습니다. LG에너지 솔루션은 리튬황 배터리는 2027년 상용화 목표로 달려가고 있습니다.
전고체배터리보다 먼저 상용화 LG에너지 솔루션 리튬황 관련 뉴스 보기 (클릭)
전고체배터리 (차세대 배터리 기술)
전고체 배터리란 리튬이온 배터리는 액체 상태 전해질을 사용하는데 전고체는 전해질을 액체가 아닌 고체 상태로 사용하는 배터리를 말합니다. 전고체는 액체 상태의 배터리의 크기보다 더 안전성도 높여 같은 크기 대비 높은 효율을 자랑하기 때문에 전기차의 배터리 용량을 늘리며 주행 가능 거리를 획기적으로 늘려줄 것으로 예상하고 있습니다. 현재 삼성 SDI가 전고체 배터리 개발을 진행하고 있습니다.
배터리용 리튬 확보의 중요성
리튬은 백색 황금이라고 불리며 제2의 금이라는 별명답게 전 세계적으로 높은 수요를 보이고 있습니다. 현재는 리튬 이온이 배터리 시장으로 주류를 장식하고 있지만 이후 기술을 통해 전고체 배터리 리튬황 배터리 등도 차세대 배터리로 개발이 진행 중이며 이런한 차세대 배터리 기술에도 리튬은 가장 중요한 핵심 소재가 될 전망입니다.
주로 리튬은 중국, 호주, 칠레, 아르헨티나 등에 매장되어 있고 주로 60% 이상이 남미권에 매장되어있는 것으로 알려져 있습니다. 리튬은 매장되어 있다고 해서 바로바로 채굴할 수 있는 것이 채굴에 상당히 오랜 시간이 필요로 하고 채굴 한 후에도 추가적인 가공들이 필요로 하기 때문에 생산을 늘린다고 해서 수요를 즉각적으로 따라가고 있지 못한 상황입니다.
최근에 리튬 가격의 현지 원자재 가격이 지속적으로 떨어지고 있다는 관련 뉴스가 있습니다.
뉴스에 따르면 배터리의 주원료인 수산화 리튬과 니켈 가격이 하락세가 이달 들어 가팔아지고 있다고 하며 전기차 수요 증가세가 꺾이며 배터리 셀 재고도 늘자 주요 원자재 가격도 떨어지고 있다는 분석입니다. 한국 배터리 업체도 주 제품이 니켈 비중이 높은 하이 니켈 리튬이온배터리이며 원자재 가격 변동폭이 크면 판가에 반영하기 때문에 원자재값 하락은 납품가에 영향을 주게 됩니다. 문제는 가격이 비쌌던 올해 초 원자재를 매입해둔 터라 손해를 볼 수밖에 없는 상황입니다.
현대자동차가 직접 제작 성공 하이니켈 배터리 소식 보기(클릭)
2차전지 배터리 리튬 관련주
LG 에너지솔루션 – 엘지 솔루션은 리튬의 핵심 글로벌 원자재 흐름에 대응하기 위해 미국 컴퍼스 미네랄사와 탄산 리튬에 대한 장기 공급 계약을 체결하였고 독일 벌칸 에너지와 수산화 리튬 공급 계약을 체결 완료하였습니다. 25년부터 향후 5년간 수산화 리튬 4만 5천 톤 공급 완료.
에코프로 – 에코프로의 계열사 에코프로 이노베이션은 탄산리튬을 수산화 리튬으로 전환하는 공정기술을 보유하고 있다. 최근은 해외에 있는 광산기업에 지분을 투자하는 방식으로 우선 진행하고 이후에는 현진 광산에 직접투자하는 방안이 검토되고 있는 중입니다.
금양 – 2022년 10월 민주콩고 광업법인에 광산 개발과 지분 투자를 위해 양해각서를 체결 리튬자원 개발을 목적으로 한 광업법인에 1,900만 달 투자 계획
포스코 (posco) 홀딩스 – 국내 광양과 해외 아르헨티나에 리튬 사용 공장을 건설 중이며 광양 공장에서는 연 4만 3천 톤 규모로 올해 말 완공 예상이며 아르헨티나에는 공장 2곳을 건설 중으로 연간 생산되는 수량은 2만 5천 톤 규모로 25년까지 완공될 예정입니다.
포스코 케미칼 – 포스코 홀딩스에서 아르헨티나 등지에 소금호수에서 탄산리튬은 만들고 광양 공장에서 수산화 리튬으로 가공한 뒤 포스코 케미칼로 공급하는 밸류 체인을 구축 중입니다. 포스코 케미컬은 국내에서 독자 유일한 배터리 4대 소재 양극재와 음극재를 함께 생산할 수 있는 업체입니다.
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