코발트 프리 상용화 연구개발 집중 … 전고체전지 코스트 절감

닛산자동차(Nissan Motor)가 자동차용 배터리 경쟁력 강화에 총력을 기울이고 있다.
닛산자동차는 2022년 겨울 출시 예정인 신형 전기자동차(EV) 아리아의 배터리로 자체 사업에서 출범한 엔비전(Envision AESC) 배터리가 아닌 다른 배터리를 채용할 예정이다.
배터리 소재 영역에서도 외부와 장기공급 계약을 체결함으로써 코스트 목표 달성에 박차를 가하고 있다.
2022년 초 출시할 예정인 경량 전기자동차에는 기존기술을 개량한 신규 소형 배터리를 채용했으며 차세대 기술로 개발하고 있는 액계 LiB(리튬이온전지) 분야에서는 코발트 프리 상용화에 속도를 내고 있다.
2028년까지 시판 자동차 탑재를 목표로 개발하고 있는 전고체전지는 동적온도 섭씨 100도를 확보하고 냉각부품 등 시스템 코스트 절감에 주력하고 있다.
2024년까지 차세대 배터리의 자동차 탑재용 모듈 및 팩 시험제조를 가능케 하는 파일럿 생산라인을 건설하는 방안도 검토하고 있다.
닛산자동차는 2010년 세계 최초로 양산형 전기자동차 리프를 출시하고 현재까지 세계 각국에서 55만대 이상을 판매했다.
초기 모델에 탑재된 배터리는 용량 24kWh로 양극재에 스피넬형 망간산리튬(LMO)을 채용했으며 2017년 풀 모델체인지를 거치며 3원계(NMC: 니켈‧망간‧코발트)로 전환해 용량을 40kWh로 확대했다. 모듈 구성을 개량해 셀 수납 효율을 향상했고 주행거리는 초기 모델 200km에서 458km로 연장했다.
신형 아리아에 탑재할 배터리는 65kWh, 90kWh 등 2개 사양을 준비하고 있으며 주행거리가 최대 610km에 달할 것으로 예상하고 있다. 경량 전기자동차에는 20kWh 배터리를 탑재해 주행거리 약 170km를 확보할 방침이다.
최근 니켈, 코발트 등 희소금속 가격이 고공행진을 계속함에 따라 자동차기업들이 요구하고 있는 배터리 코스트 목표인 kWh당 100달러 및 중장기 목표 60달러는 실현이 불가능할 것으로 판단되고 있으나, 닛산자동차는 코스트 목표를 변경하지 않고 기존 LiB 분야에서 소재까지 장기 파트너십을 확대함으로써 코스트 안정화에 나설 방침이다.
코발트 프리 기술은 리프 초기형에 채용한 LMO나 세계시장에서 실제 탑재가 이루어지고 있는 인산철리튬(LFP) 등 다양한 방안을 적극 검토하고 있으며, 코발트 프리 배터리가 상용화되면 2028년까지 kWh당 코스트를 현재보다 65% 수준 낮출 수 있을 것으로 기대하고 있다.
전고체전지는 시스템 코스트 저감에 박차를 가하고 있다.
액계 LiB는 동작온도가 영하 20도-영상 50도이고 고용량화가 진전되고 있는 자동차 탑재 분야에서는 수랭 온도관리 시스템이 탑재되면서 코스트, 중량, 전력부하 등 새로운 과제가 부상하고 있으나 전고체전지는 동작온도가 영하 40도-영상 100도로 더 넓고 액계 LiB보다 간단한 냉각부품을 사용할 수 있는 강점이 부각되고 있다.
닛산자동차는 2028년까지 자체 개발한 전고체전지를 탑재한 전기자동차를 출시할 예정이다.
배터리 코스트는 초기에 kWh당 75달러, 이후에는 휘발유(Gasoline) 자동차와 동등한 수준인 65달러로 점차 낮추는 것을 목표로 하고 있다.
차세대 배터리용 파일럿 생산라인은 2024년까지 요코하마(Yokohama) 공장에 도입한다.
현재 연구실에도 배터리 시험제작 기능을 갖추고 있으나 신규 생산라인에서는 실제 자동차 탑재가 가능한 팩, 모듈까지 제조함으로써 생산기술을 확립하고 제조환경 안전성을 검증해나갈 방침이다.
닛산자동차는 자동차용 배터리가 진화하기 위해 에너지, 입출력, 안전성, 수명, 저온 안전성 등 5개의 성능을 고차원적으로 조화롭게 갖추어야 한다고 판단하고 설계, 치수, 소재 등 개별 프로세스 단위에서 진화를 추진하고 소재의 최적화된 조합을 찾아내기 위해 총력을 기울이고 있다.
닛산자동차는 2021년 말 공개한 Nissan Ambition 2030에서 2026년까지 세계시장에 전기자동차를 중심으로 신형 전동자동차(xEV) 모델을 20개 출시하기 위해 앞으로 5년 동안 자동차 전동화와 기술 혁신을 목표로 약 2조엔을 투자하겠다고 밝힌 바 있다.
연구개발(R&D) 부문에서는 첨단기술 영역을 대상으로 3000명 이상의 신규 채용을 진행하는 등 배터리 개발체제를 대폭 강화할 방침이다. (강윤화 선임기자)