전기차 배터리 기술의 최신 혁신, 지커의 '황금 배터리'

전기 자동차(EV)에 동력을 공급하는 리튬 이온 배터리가 모두 똑같이 만들어지는 것은 아닙니다. 배터리 제조업체에 따라 음극에 사용되는 재료는 매우 다양할 수 있습니다. 하지만 오늘날 리튬 이온 배터리의 음극에 가장 일반적으로 사용되는 배터리 화학 물질은 니켈, 망간, 코발트(NMC)입니다. 대부분의 전기차 역사에서 이 배터리 화학 물질을 고수하는 이유는 에너지 밀도가 높고 많은 양의 충전 및 방전 사이클 후에도 성능 저하에 대한 저항력이 뛰어나기 때문입니다.

오늘날 NMC의 수명은 전고체 배터리(SSB)가 등장하기까지 아직 꽤 오래 남았지만, 또 다른 배터리 화학 물질이 NMC에 도전장을 내밀고 있습니다. 바로 리튬, 철, 인산염(LFP) 음극을 사용하는 리튬 이온 배터리로, 중국-스웨덴 전기 자동차 회사인 지커(Zeekr)의 최신 LFP 배터리 혁신이 오늘날 NMC에 대한 압박을 가중시키고 있습니다.

지커의 황금 배터리 소개

중국 자동차 대기업 지리(Geely)가 소유한 여러 브랜드 중 하나인 중국-스웨덴 프리미엄 전기 자동차 브랜드 지커(Zeekr)가 최근 '골든 배터리'를 공개했습니다. 

골든 배터리는 중국 및 지커가 이 차량을 판매하고자 하는 모든 시장에서 테슬라 모델 3과 경쟁하는 것을 목표로 하는 프리미엄 전기 세단인 지커 007과 함께 소개되었습니다. LFP 배터리는 업계에서 비교적 새로운 조합이지만, 점점 더 보편화되고 있는 LFP의 홍수 속에서 골든 배터리가 다른 배터리와 차별화되는 점은 무엇일까요?

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NMC와 동일한 에너지 밀도

NMC는 에너지 밀도 때문에 리튬 이온 배터리의 음극으로 더 일반적으로 사용됩니다. 엔지니어링닷컴이 나노원의 CEO인 댄 블론달과 인터뷰한 바에 따르면, LFP는 에너지 밀도가 낮지만 그 밀도 차이는 주로 셀 레벨에서 발생한다고 합니다.

LFP가 NMC와의 밀도 격차를 좁힐 수 있는 부분은 배터리 회사가 이러한 배터리를 패키징 하는 방식에서 찾을 수 있습니다. 셀이 팩으로 이동하여 셀이 배터리 구조의 고유한 일부가 되면 배터리 무게는 줄어들지만, 같은 양의 에너지라도 LFP 배터리의 무게는 여전히 NMC보다 더 무겁습니다.

하지만 지커의 골든 배터리는 "새로 개발된 소재를 적용하고 구조 설계를 간소화"하여 NMC와의 밀도 격차를 더욱 좁혔습니다. 퀀텀스케이프에 따르면 새로운 배터리 팩의 부피 활용도는 83.7%로, 일반적인 활용도인 60%보다 높다고 합니다.

단 15분 만에 311마일 주행 거리 확보

하지만 이 LFP 배터리의 가장 큰 게임 체인저는 아마도 이 배터리가 지원할 수 있는 초고속 충전 기능일 것입니다.

지커 007은 최대 500kW의 DC 고속 충전이 가능하기 때문에 배터리를 단 15분 만에 10~80%까지 충전할 수 있습니다. 이를 주행 거리로 환산하면 단 15분 만에 500킬로미터(311마일)를 운행할 수 있는 거리를 충전할 수 있습니다. 골든 배터리의 크기는 아직 알려지지 않았지만, 이 배터리를 사용하는 지커 007 세단의 CLTC 인증 주행거리는 870킬로미터(541마일)에 달합니다.

LFP 배터리가 중요한 이유

LFP 배터리는 전 세계적으로 각광받고 있지만, 중국 전기차 업계에서 처음 주목받기 시작했습니다. 중국 전기차 업계의 팔로워라면 세계에서 가장 인기 있는 LFP 배터리인 BYD의 블레이드 배터리에 대해 들어보셨을 것입니다. 또한 테슬라가 중국 현지 시장에서 가장 많이 팔리는 브랜드가 되었으며 현재 세계에서 두 번째로 큰 전기차 제조업체가 된 데에도 분명 큰 도움이 되었을 것입니다.

볼보의 최신 프리미엄 전기 크로스오버 EX30도 적어도 유럽에서는 LFP 대열에 합류하고 있으며, 이 배터리 팩 옵션을 선택하면 기존의 내연기관(ICE) 경쟁 모델보다 가격이 더 저렴해집니다. 중국인들이 LFP를 선택한 이유는 무엇이며, LFP를 탑재한 전기차가 NMC보다 더 저렴한 이유는 무엇일까요?

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저렴한 가격

가장 확실한 장점인 가격부터 살펴봅시다. 퀀텀스케이프에 따르면 LFP 배터리는 NMC보다 훨씬 저렴하며, 종종 킬로그램당 70%까지 저렴합니다. 그 이유는 리튬, 철, 인이 지각에 훨씬 더 풍부하기 때문에 니켈, 망간, 코발트보다 더 많은 양이 채굴되기 때문입니다.

세 가지 금속 중 가장 풍부한 성분인 니켈을 더 많이 사용한다고 해도 니켈은 철보다 훨씬 희귀하기 때문에(지각의 0.0084% 대 5.63%) 전 세계적으로 채굴되는 금속의 양에서 차지하는 비율은 훨씬 낮습니다. 코발트 채굴이 얼마나 논란의 여지가 많은지는 세상과 담을 쌓고 살지 않는 한 누구나 알고 있으니 코발트 얘기는 꺼내지도 않겠습니다.

안전성

우리 모두 인터넷을 통해 화염에 휩싸인 테슬라를 접한 적이 있을 테지만, 뉴스 보도는 비행기 추락 사고와 마찬가지로 전기차 화재를 과장하는 경향이 있으며, Verisk에 따르면 전기차 화재 발생률은 ICE 자동차보다 훨씬 적습니다. 그럼에도 불구하고 이 사건으로 인해 일반적으로 리튬 이온 배터리의 인화성이 부각되었지만, LFP의 경우? 화재의 위험은 NMC보다 훨씬 적습니다.

NMC와 LFP 간의 내화성을 보여주는 가장 유명한 예는 BYD의 배터리 펑크 테스트입니다. NMC 배터리에 펑크가 났을 때 열 폭주라는 현상이 발생했습니다. 열 폭주는 기본적으로 물체(이 경우 NMC 배터리)에서 발생한 열이 외부 환경으로 방출되어 연쇄 반응을 일으켜 열을 더 높여 화재로 이어지는 발열 과정을 통해 발생합니다.

열 폭주의 위험은 NMC에 비해 LFP에서 훨씬 적으며, 그 이유는 LFP가 NMC의 6분의 1에 불과한 열을 방출하기 때문입니다. 따라서 제조업체는 LFP를 장착한 전기차의 전기 시스템에 NMC 배터리를 장착한 전기차만큼 많은 안전 및 냉각 시스템을 장착할 필요가 없으므로 전기차의 총비용을 더욱 절감할 수 있습니다. 또한 안전 및 냉각 시스템의 필요성이 줄어들면 배터리 패키징을 개선할 수도 있습니다.

중국 전기차 산업에 활력을 불어넣는 LFP 배터리

모두가 서둘러 자체 버전의 SSB(Solid State Battery, 전고체 배터리)를 개발하는 동안 중국 전기차 제조업체들은 LFP 배터리에 집중하고 있습니다. 현재 우리가 목격하고 있듯이 NMC와 LFP 간의 에너지 격차는 더욱 좁혀지고 있으며, LFP의 저렴한 비용과 결합하여 중국은 자동차 산업이 발달한 다른 어떤 국가에 비해 기록적인 속도로 더 저렴한 전기차를 출시할 수 있게 되었습니다.

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LFP에 올인한 기업들

LFP에 올인한 대부분의 기업이 중국 자동차 회사라는 것은 놀라운 일이 아니며, 그중 가장 눈에 띄는 회사는 자체 블레이드 LFP 배터리를 사용하는 BYD입니다. LFP의 가장 큰 제조업체는 중국 및 해외 자동차 제조업체에 LFP 배터리를 공급하는 배터리 공급업체인 중국의 CATL입니다. 목록은 변경될 수 있지만, 전기자동차에 LFP를 사용하는 것으로 알려진 브랜드 중 일부는 다음과 같습니다(전부는 아니지만).

1. BYD
2. 니오
3. 샤오펑
4. 테슬라( 스탠다드 레인지 모델 3 및 모델 Y)
5. 포드(스탠다드 레인지 머스탱 마하-E)
6. 볼보(유럽 시장 EX30 싱글 모터)

배터리 재료가 풍부하고 열 폭주에 대한 내성으로 인해 안전 시스템의 필요성이 줄어들기 때문에 LFP 배터리를 장착한 전기차는 기존 NMC 배터리를 장착한 것보다 훨씬 더 저렴한 경향이 있습니다. 서구 브랜드는 전통적으로 LFP가 성능 면에서 열등하다고 여겨왔기 때문에 이 배터리를 채택한 브랜드가 거의 없지만, 모든 기술이 그렇듯이 LFP와 NMC의 격차를 줄이기 위한 개선이 계속 이루어질 것입니다.

중국이 LFP에 올인한 방식

그렇다면 중국은 왜 LFP에 올인했을까요? 다른 나라와 달리 중국 시장에서 전기차는 사치품이나 프리미엄 품목이 아닙니다. 대신 중국 시장에서 전기차의 소유, 제조, 생산을 장려하는 정부 규제와 인센티브 덕분에 전기차는 내연기관 자동차의 대안일 뿐입니다.

또한, 초기에 LFP가 NMC와 에너지 밀도 격차가 컸을 때 중국 소비자들은 NMC를 탑재한 서구 브랜드에 비해 상대적으로 짧은 주행거리를 가진 이러한 전기차를 수용했습니다. 이는 중국의 운전 습관이 서구와 다르기 때문입니다. 

한 국가가 전기차에 올인하고 전기차 소유에 유리한 규제를 만든다면, 두 국영 에너지 회사인 스테이트 그리드와 서던 그리드가 다른 어떤 서방 국가보다 빠른 속도로 대규모 고속 충전소 네트워크를 구축한 것은 놀라운 일이 아닙니다.

마지막으로, 중국은 배터리 생산에 필요한 자원이 풍부하지는 않지만, LFP의 원료를 포함한 전 세계 정제시설의 대부분을 보유하고 있기 때문에 LFP에 올인할 수 있었습니다. 따라서 중국은 배터리 생산에 필요한 소재의 최대 강국 중 하나이며, BYD와 CATL이 세계 최대 배터리 공급업체 중 두 곳인 것도 당연한 일입니다.

https://www.topspeed.com/zeekr-golden-battery/

Zeekr's 'Golden Battery' Is The Latest Revelation In EV Battery Tech