얼티엄 배터리, “한국 2차 전지 세계시장 호재”

Ultium Battery. [출처: gm.com]
최근 GM을 비롯해 테슬라, 니콜라, 혼다 등으로 확대되는 얼티엄(Ultium) 배터리가 한국 2차 전지 시장에 호재로 다가왔다. 

GM이 2021년부터 본격 가동 예정인 BEV3(전기차 생산 플랫폼)에 LG화학이 생산을 담당하며, 여러 한국산 소재가 사용되기 때문이다. 

GM은 배터리 비용 절감을 위한 노력으로 LG에너지솔루션과 합작법인인 ‘얼티엄셀즈'(각 지분율 50%)를 설립했다. 얼티엄셀즈는 미국 오하이오주 로즈타운에 건설 중으로 생산능력은 30기가와트시(GWh) 이상이다. 본격 양산 시점은 2022년 1월이다.

합작법인은 코발트 함량을 낮추는 특허 기술 등이 적용된 셀을 직접 생산해 배터리 셀 비용을 1kWh당 100달러 아래로 낮추는 다는 목표다. 얼티엄 배터리는 셀에 들어가는 비싼 원료인 코발트가 적게 들어가고 상대적으로 저렴한 니켈과 망간 비율이 높다. 

LG화학이 생산하는 얼티엄 배터리는 양극재에 NCMA를, 음극재에 실리콘계 첨가물을 적용할 예정이다. 음극재 내 실리콘계 첨가물 사용을 예상하는 이유는 지난해 말 GM-니콜라(Nikola) 전략적 제휴 발표에서 얼티엄 배터리 기술 로드맵이 일부 공개되었기 때문이다.

실제로 LG화학 협력업체들은 생산능력을 확대 중이다. 포스코케미칼, 엘앤에프 등이 양극재를, 대주전자재료는 음극재 실리콘계 첨가물에 전략과 자원 배분을 집중하고 있다.

포스코케미칼 경우 현재 양극재 생산능력인 년 4만톤이다. 2022년에는 7만 톤, 2023년부터 연 10만 톤 양산 능력을 확보할 계획이다. 엘앤에프는 2022년 양극재 생산능력이 년 5만 톤을 생산할 예정이다. 2022년 두 업체가 생산할 양극재 년 12만 톤은 전기차(80KWh 기준) 100만대 이상을 생산할 수 있는 규모다. 

Ultium Battery. [출처: gm.com]
GM 공격적 새로운 전기차 생산 전략

GM이 지난해 3월 신형 전기차용 얼티엄 배터리 발표 이후 10월에는 일부 세부 내용을 추가로 공개했다.

가장 눈길을 끄는 부분은 NMCA(니켈-망간-코발트-알루미늄) 전극을 쓴다는 내용이다. 이는 양극재 코발트 함량이 낮아 EV에 많이 쓰이는 NMC니켈-망간-코발트) 계열보다 값을 낮출 수 있다. 현재 쓰는 배터리보다 코발트 함량이 70% 이상 적다.

특히 주목할 만한 점은 실리콘과 리튬 메탈 전극도 연구 중(working on)이라는 내용이다. 최근 테슬라가 배터리데이 때 실리콘 전극을 언급했고, 리튬 메탈 배터리는 배터리 에너지 밀도를 크게 높일 수 있는 기술로 주목받고 있다.

배터리 셀은 파우치 형태로, 배치 방식에 따라 배터리 팩을 다양하게 만들 수 있다는 것도 강점이다. 셀을 배터리 팩 내부에 가로 혹은 세로로 배치할 수 있는 차별화된 구조로 설계돼 각 차량의 디자인에 따라 배터리 공간과 위치를 최적화할 수 있다. 이를테면 경쟁사 테슬라 원통형 셀 20개로 낼 수 있는 전력을 얼티엄 배터리 100Ah 셀 하나로 낼 수 있다는 얘기다. 

합작법인이 생산하는 얼티엄 배터리의 종류는 50kWh에서 200kWh까지 다양하다. 완충 시 정지상태에서 시속 60마일(약 96km) 까지 3초 안에 도달할 수 있게 할 뿐만 아니라 400마일(약 644km) 이상 주행이 가능하다.

지난해 11월 말 LG화학과 GM 합작법인 ‘얼티엄셀즈’ 개발한 2세대 얼티엄 배터리 시제품 생산에 성공했다.

GM은 쉐보레, 캐딜락, GMC, 뷰익 등 각 브랜드별로 올해부터 새로운 전기차 모델들을 출시할 예정으로, 2021년부터 신형 전기차 10개 모델부터 2023년까지 전기차 라인업을 최대 22개 모델까지로 확충할 계획이다. GM은 앞으로 5년 안에 전 세계 전기차 100만대 이상을 판매한다는 계획이다.

2021년 가을부터 GM의 첫 번째 100% 전기차 전용 조립 공장인 디트로이트 햄트랙 공장에서 양산을 시작할 예정이다.

Ultium Battery. [출처: gm.com]
1위 한국 바짝 뒤쫓는 중국

한편 현재 배터리 시장은 글로벌 경쟁사가 동시에 성장하고 있다. 한국이 1위지만 중국과 일본이 뒤를 바짝 뒤쫓고 있다. 

시장조사기관 SNE리서치에 따르면 지난해 LG화학이 시장 점유율 24.6%를 기록했다. 그 뒤를 이어 중국 CATL이 시장점유율 24%로 1위 LG화학을 근소한 차이로 추격하고 있다. 3위는 테슬라에 배터리를 공급 중인 파나소닉이 19.2%다. 4위에 삼성SDI 6.3%, 5위에 중국 BYD 5.8%, 6위에 SK이노베이션 4.2%다. 

한국 기업 3사를 합친 시장점유율은 35.1%다. 특히 올해 들어 한국 배터리 3사의 존재감이 눈에 띄게 드러나고 있다.

하지만 한국 배터리 시장 점유율 1위를 지키는 것이 그리 녹록치 않다. 중국 CATL은 언제든 세계 1위로 올라설 저력이 있다. 실제 CATL은 최근 테슬라와 전략적 협력 관계를 강화하고 있다. 또 지난해 BMW 등 유럽 자동차 업체들의 주요 공급사로 선정되기도 했다. 

또 잇단 화재사고와 기술 분쟁으로 순탄치만은 않다. 지난해 현대자동차는 국내뿐 아니라 해외에 판매한 코나EV 화재사고가 10건을 넘는다. 전기차 화재의 대부분은 배터리와 관련한 것이다. 화재 사고가 전기차에 대한 전반적 불신으로 번지지 않을까 이들은 우려하고 있다.

LG화학과 SK이노베이션 양측 간 ‘진흙탕 싸움’ 기술분쟁도 악재로 작용할 가능성이 크다. 국내 간판 기업 간 분쟁 탓에 세계 배터리 시장에서 주도권을 빼앗길 수 있기 때문이다.

김들풀 기자 itnews@