전기차 배터리 전쟁 LFP배터리와 NCM배터리 어느쪽이 유리할까? [LFP ,NCM 비교]

 

전기차와 에너지 저장 시스템의 핵심인 배터리 기술은 빠르게 발전하고 있다.

매년 가격이 낮아지고 있을뿐더러 전 세계적으로 ESS까지 활용할 수 있기에 이에 대한 기대는 무궁무진하다.

 

그중에서도 LFP (리튬 철 인산)와 NMC (니켈 망간 코발트) 배터리는 가장 널리 사용되는 리튬 이온 배터리 유형지만, 이 두 배터리는 각기 다른 화학적 특성과 안정성, 생산기술 및 단가를 가지고 있고, 사실 NMC는 전기차를 위해 개발된 배터리로 LFP보다는 우수하다는 이야기를 들어본 적은 있을 것이다.

 

하지만 중국에서 LFP를 가격경쟁력으로 밀고 우리나라는 NMC 배터리를 개발하며 서로 다른 길을 가고 있는데 오늘은 이두 배터리의 주요 차이점을 중심으로 이야기해 보자

 

우선은 두 개의 특징을 정리한 아래표를 먼저 보고 이야기하자

특성	LFP (리튬 철 인산) 배터리	NCM (니켈 망간 코발트) 배터리
안전성	높은 열적 안정성,	낮은 열폭주 위험 열 관리 필요 , 높은 열폭주 위험 가능성
수명	긴 사이클 수명 (2000회 이상)	중간 사이클 수명 (1000-2000회)
에너지밀도	낮음 (90-120 Wh/kg)	높음 (150-220 Wh/kg)
비용	낮음, 코발트 미포함으로 비용 절감	높음, 니켈 및 코발트 포함으로 비용 증가
환경 영향	환경 친화적, 독성 물질 없음	코발트와 니켈 사용으로 환경 및 윤리 문제
온도 성능	다양한 온도 범위에서 우수한 성능	낮은 온도에서 성능 유지
응용분야	전기 버스, 재생 에너지 저장, UPS	전기차, 휴대용 전자기기,ESS
주요기업	BYD, CATL(중국)	LG SK 삼성(세부계열사는 생략)

 

 

실제 LFP배터리나 NCM배터리에 대해 말은 어렵지만 배터리의 양극재소재에 대한 이야기라 생각하면 생각보다 단순해진다.

 

자세한 설명은 필자의 아래글을 참조해 주기 바라며 다음이야기를 진행해 보자

 

양극재로본 전기차 리튬이온 배터리 종류와 장단점 (NCM,NCMA, NCA,LFP)

 

결론만 놓고 이야기하면 LFP는 인산철이, NCM은 니켈이 활물질 역할을 한다. 이를 ‘전이금속’이라 칭하는데 이로 인해 배터리셀 하나의 평균전압은 LFP는 3.4V NCM은 3.7V정도의 양상을 보인다. 여기서 세부적인 분자구조나 미래를 다루기에는 시간이 걸리므로 LFP나 NCM의 각분자 구조는 필자의 글을 참조하는 것으로 넘기고 이러한 두 개의 배터리는 결국 어떠한 차이를 야기하는가가 독자님들의 주요 관심사일 것이다.

 

사실상 두 개의 차이는 트레이드오프에 있는 가격과 에너지 밀도의 차이의 문제이다. 양산을 한다는 가정하 LFP는 리튬(Li)과 인산철(FePO4)을 양극재로 사용한고, 흔히 삼원계라고 불리는 NCM은 니켈(Ni)과 코발트(Co), 망간(Mn)을 사용하는데 이러한 재료들이 가지는 특성을 고려해 본다면 사실상 니켈이나 코발트의 수급문제와 가격문제가 NCM배터리에서는 리스크로 작용할 수밖에 없다.

 

물론 세세하게 온도문제나 안정성의 문제가 존재하기는 하지만 자동차 내에서 동성능 더 높은 에너지밀도를 낼 수 있다는 것은 무게를 줄이고 출력을 늘릴 수 있고 이는곧 연비로 직결된다고 이해한다면 왜 트레이드오프 관계에 있는지 이해하기 쉬울 것이다.

 

사실상 두 개의 배터리의 연구방향성이 다른 것이 흥미로운데 NCM배터리의 경우 현제 하이니켈을 활용해 니켈과 코발트를 최소로 사용하여 최대한의 효율성을 이끌어내는 방향으로 나가고 있는 반면 LFP는 태생적으로 낮은 에너지밀도나 특성 때문에 도핑부터 시작해서 나노기술을 도입해 에너지 밀도를 높이는 방향으로 연구가 이루어지고 있다.

 

그래서 어느 쪽이 이길 것 같은가요?라는 질문이 나온 다면 솔직히 대답하기 어렵다. 최종의 도달점은 지구에 더 많이 매장된 LFP를 활용하는 방향성이 안정적이라 말할 수도 있지만 NCM의 재료매장량이 100년 내로 고갈될 정도는 아니기 때문에 연구로 충분히 해결할 수 있는 과제라는 생각이 든다.

 

그렇다면 태생적으로 더 좋은 NCM배터리를 연구하는 것이 미래가치적으로 더 높을 거라는 생각이 들긴 하지만 언제나 기술은 우리의 이론적 예상과 비슷하게 흘러간 적이 없기에 조금 더 지켜보도록 하자