November 14,2019

새로운 가능성에 도전…리튬이온전지

세계 신산업 창조 현장 (21)

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지난 20일 니혼게이자이신문은 일본전지업체인 GS유아사(GS Yuasa) 코퍼레이션과 미쓰비시(三菱) 상사, 독일 자동차 부품업체인 보쉬 등 3개사가 전기자동차(EV)용 리튬이온전지 업체를 공동 설립했다고 밝혔다.

합작법인은 한번 충전으로 400km를 달릴 수 있는 전지를 개발해 오는 2017년말까지 양산 체제를 갖출 방침인 것으로 전해졌다. 기존 EV용 전지 용량의 2배에 달하며, 일반 휘발유 자동차와 비교해도 뒤지지 않는 수준이다.

신문은 이들 3개 기업들이 힘을 합쳐 한국 기업 공세에 맞설 계획이라고 밝혔다. 3개 기업 중 50%를 출자한 보쉬는 세계 최대 자동차부품회사다. 지난 2008년 한국 삼성SDI와 함께 각각 50%씩 출자해 ‘SB모터스’라는 이름의 전지회사를 설립했지만 후에 갈라섰다.

2차 전지 시장서 한국기업들 계속 강세

미쓰비시 상사는 세계 전기차 시장의 절대 강자다. GS 유아사 코퍼레이션은 미쓰비시 자동차에 리튬이온 전지를 공급하고 있는 전지 메이커이다. 2007년에 미쓰비시 자동차, 미쓰비시 상사와 공동으로 ‘리튬에너지 재팬’을 설립하고, 생산시설을 계속 확장하고 있다.

▲ KAIST 신소재공학과 이건재 교수팀이 개발한 휘어지는 고효율 배터리. 휘어지더라도 전압이 3.9~4.2V로 거의 변하지 않고, 충·방전 1만 번(방전심도 80%) 정도의 안정적 작동이 가능하며, 2천200㎼h/㎤의 높은 에너지밀도를 지니고 있다. 초소형 리튬이온전지 개발이 급속히 이루어지고 있음을 말해주고 있다. ⓒKAIST


한국 기업을 타깃으로 외국 기업들이 이처럼 연합전선을 펴고 있는 이유는 최근 한국 기업들이 자동차 전지분야에서 압도적인 우위를 보이고 있기 때문이다.

KOTRA에 따르면 LG화학은 현대·기아차, 포드(Ford), 르노자동차에 이어 GM의 전기자동차 ‘시보레 볼트’에 장착하는 리튬이온전지를 납품하고 있다. 스웨덴 볼보, 미국의 자동차부품사 이튼을 대상을 전지공급계약을 체결했다.

공급계약이 늘어나고 있는 것은 저가임에도 고품질을 유지하고 있기 때문이다. 일본 자동차사의 한 간부는 “일본 메이커보다 가격이 30% 이상 싼데도 불구하고 (샘플 실험 결과) 성능에 손색이 없다”고 말하고 있다.

납품물량이 늘어나면서 LG화학은 생산시설을 계속 증설중이다. 지난해 7월 미국 미시간 주에 전지공장을 착공한데 이어 한국에 투자비 1조원이 넘는 대형 공장을 건설중이다.

그동안 충전이 가능한 2차 전지 시장을 주도해온 것은 일본 기업들이다. 특히 산요전기는 하이브리드자동차(HEV) 용 니켈수소전지를 혼다, 포드, 폭스바겐 등에 공급한 실적이 있는 세계 최대 2차 전지 업체다.

하이브리드에서 이처럼 강세를 보이고 있음에도 전기차 분야에서는 좀처럼 수주를 받지 못하고 있다. 한국을 비롯 미국, 중국 등의 전지업체들이 산요처럼 자국 생산을 고집하는 것이 아니라 현지 생산을 늘려가고 있기 때문이다.

초소형 전지에서 자가충전 생체전지까지

업계에 따르면 지난해 전세계 리튬 이온전지 시장은 약 2조원 수준으로 추정되고 있다. 2017년이 되면 10조 원대로 늘어날 전망이다. 이런 분위기 속에서 한국의 LG화학, 삼성SDI등의 약진이 두드러지고 있다. 지난해 한국기업 점유율은 39%로 일본의 35%를 넘어서고 있다.

자동차 전지뿐만이 아니다. 전자 분야 등에서는 새로운 소형전지 시장이 새로 열리고 있다. 시장조사업체인 SNE리서치는 올해 리튬 2차 전지 출하량을 약 55억 셀로 예상하고 있다.

전년대비 약 10% 늘어난 수치다. 스마트폰과 태블릿PC등 IT 장비를 비롯해 올해부터 본격화할 전기차용 배터리와 ESS의 시장은 지난해 142억6천만 달러에서 올해 165억7천만 달러에 달할 것으로 보인다.

자동차 배터리의 경우 품질을 결정하는 가장 큰 요소는 용량이다. 배터리 크기를 가능한 줄이고, 충전용량을 늘리는 기술을 개발하고 있다. IT 분야 역시 비슷한 흐름이다. 특히 휴대폰, 노트북, MP3, 3D안경 등에 들어갈 수 있는 초소형 전지 개발은 미래 시장 판도를 뒤바꿔놓을 수 있는 중요한 요인이 되고 있다.

전지크기를 줄이는 연구와 함께 보다 얇으면서 더 유연한 전지 개발도 이루어지고 있다. 이스라엘의 파워 페이퍼(Power Paper) 사에서는 얇으면서 동시에 유연한 플렉서블 전지를 개발중이다. 한국 기업인 로켓트전기 역시 이 전지를 상용화하는 데 성공했다.

투명한 전지 연구도 이루어지고 있다. 스탠포드 대학 연구팀은 지난해 투명전지를 만드는 데 성공했다. 전극을 매우 가늘게 만든 후 그물처럼 엮는 방식을 사용했는데, 사람이 전지 유무를 밝혀낼 수 없도록 한 것이 특징이다.

KAIST에서는 지난해 고효율 유연 배터리를 세계 최초로 개발했다. 머리카락 두께의 10분의1 정도 되는 얇은 배터리를 기판 위에 올리는 형태로, 상용화를 위한 연구가 진행중이다.

충전시간을 줄이는 연구는 이미 전 세계에서 이루어지고 있는 중이다. 최근에는 자가 충전이 가능한 초소형 배터리들이 개발되고 있다. 체내에 접촉해 오랫동안 기능을 유지할 수 있는 의료기기 쪽에서 이런 연구가 진행중인데 미래 생체전지(Biofuel cell) 시대를 예고하고 있다.

미래 시장을 의식해 글로벌 전지업체들 간에 전지 용량을 늘리고, 크기를 줄이며, 보다 더 편리한 기능을 집어넣고, 가격을 더 낮추려는 시도가 계속 이어지고 있다. 향후 이 리튬이온전지 시장이 어떤 모습으로 다가올지 기대되고 있다.

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