2차전지는 저가형 중심으로 급성장이 예상된다.
저가형 배터리는 최근 완성차기업들이 전기자동차(EV) 보편화를 위해 채택을 늘림에 따라 미래 시장가치가 큰 것으로 평가되며, 특히 2022년 니켈 폭등으로 배터리 가격 부담이 가중되면서 중국산 전기자동차의 60% 이상이 LFP(인산철리튬)계 양극재를 채용하며 주목받았다.
LG에너지솔루션, SK온, 삼성SDI 등 K-배터리 3사는 전기자동차용 LFP 배터리를 2026년 양산할 계획이다.
또 LG에너지솔루션은 2025년 니켈과 코발트 함량을 낮춘 고전압 미드니켈(Mid-Ni) NCM(니켈‧코발트‧망간) 배터리를 공급하고 차세대 LFP 배터리인 LMFP(리튬·망간·철·인산염)도 2027년 양산하며 국내 중저가 배터리 시장을 적극적으로 선도할 계획이다.
삼성SDI는 LMFP와 NMX(코발트 프리) 배터리 개발로 중저가 시장에서 존재감을 키우고 있다.

 

LG에너지, LFP 양산시점 앞당긴다!
LG에너지솔루션은 중저가 배터리 트렌드에 대응해 포트폴리오 다양화에 나서고 있다.
LFP계 LiB(리튬이온전지)는 니켈, 코발트를 사용하지 않아 안전성·내구성이 뛰어나고 코스트가 낮은 것이 장점이며 2024년 초 기준으로 테슬라(Tesla) 자동차 모델 Y, 기아 레이 EV, KGM 토레스 EV, 볼보(Volvo) EX30 등이 채용했고 BMW iX, 메르세데스벤츠(Mercedes-Benz) EQS 등도 LFP 라인업을 확보한 것으로 알려졌다.
테슬라, 폭스바겐(Volkswagen), 현대자동차 등 주요 자동차기업들은 4만달러 이상의 고가 전기자동차와 함께 2만-2만5000달러 선의 저가형 전기자동차를 함께 생산함으로써 판매량을 늘려나갈 계획이다.
LFP계는 에너지밀도가 니켈계의 70% 수준으로 추정되나 가격경쟁력이 우수하기 때문에 중장기적으로 중국 뿐만 아니라 동남아, 인디아에서도 전기자동차 채용이 증가할 것으로 예상된다.
LG에너지솔루션은 LFP 배터리 양산시점을 2026년 이전에 고용량 사양으로 생산할 계획이며 가격 경쟁력 제고를 위해 배터리 생산기업 최초로 건식공정 도입에 힘을 쏟고 있다.
건식공정은 배터리 전극을 만들 때 유기용매를 사용하지 않아 제조비용을 줄이면서 에너지밀도는 습식공정 대비 최대 2배 가량 높일 수 있는 것으로 알려졌다. 

 

미드니켈 배터리로 선제공격 “개시”
LG에너지솔루션은 LFP 배터리에 앞서 고전압 미드니켈 배터리로 저가형 공세를 시작할 방침이다.
최근 미드니켈 배터리 양산시점을 기존 2025년에서 2024년으로 앞당겼으며 2026년에는 전기자동차용 LFP, 2027년 LMFP를 양산할 계획이다.
2023년 3분기 영업실적 발표에서 미드니켈 배터리를 2025년 양산하겠다고 밝혔으나 최근 수요기업들이 주행거리 연장보다 생산비용 절감을 요구하면서 저가 시장 공략을 위해 양산시점을 1년 가량 앞당긴 것으로 파악되고 있다. 양산을 시작하면 유럽 완성차기업에게 우선 납품할 것으로 예상된다.
고전압 미드니켈 배터리는 니켈 함량이 50-60% 수준인 범용 NCM 배터리에 높은 전압을 걸어 에너지밀도를 높인 배터리로 가격이 기존 3원계 배터리보다 10% 가량 낮고 발열량은 하이니켈 배터리 대비 30-40% 이상 감소해 안정성을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 
높은 전압으로 양극재 균열 현상이 발생해 수명이 짧아지는 한계가 있으나 최근 높은 전압을 견디는 단결정 양극재 개발과 배터리 기술 향상 및 코스트 절감 요구로 다시 주목받고 있으며, LG에너지솔루션에게 양극재를 공급하는 포스코퓨처엠 역시 양극재 라인업을 세분화하며 미드니켈 단결정 양극재 양산을 준비하고 있다.
LG에너지솔루션이 생산할 고전압 미드니켈 NCM 배터리는 기존 하이니켈 배터리에 비해 니켈과 코발트 함량을 낮추어 코스트가 저렴하면서도 에너지밀도와 열 안전성을 향상했으며, 주력제품인 하이니켈 배터리와 고전압 미드니켈 NCM 배터리를 함께 공급함으로써 저가 배터리 트렌드에 대응할 예정이다.

 

SK온, 국내 LFP 시장 형성 주도…
SK온은 이르면 2026년 LFP 배터리 양산에 돌입할 계획이다.
로이터(Reuters)에 따르면, SK온은 미국 라스베이거스에서 열린 세계 최대 가전·IT 전시회 CES 2024에서 LFP 배터리 양산 계획을 밝혔다.
SK온은 국내 배터리 3사 중 가장 이른 시기에 LFP계 LiB 개발을 완료하고 2023년 3월 인터배터리 전시회에서 국내 최초로 시제품을 공개한 바 있다.
LFP 배터리는 가격이 SK온이 주력으로 생산하는 하이니켈 3원계(NCM) 배터리의 3분의 1 수준이며 기존 LFP 배터리는 저온에서 주행거리가 50-70%로 급감하는 단점이 있으나 SK온의 LFP 시제품은 영하 20도 수준의 저온에서도 주행거리의 70-80%를 확보한 것으로 알려졌다.
SK온은 일부 자동차 메이저 또는 주문자 상표부착 생산(OEM)기업과 LFP 배터리 공급을 논의하고 있으며 논의가 마무리되는 대로 양산을 시작할 계획이다.
최영찬 SK온 경영지원총괄 사장은 “미국 현지에서는 LFP 생산 코스트가 높기 때문에 미국시장은 고려하지 않고 있다”고 밝혔다.

 

삼성SDI, LMFP 경쟁력 확보 주력…
삼성SDI은 중국에 비해 개발이 더딘 LFP보다 LMFP 배터리에 주력할 것으로 예상된다.
삼성SDI는 4월 상하이(Shanghai)에 R&D(연구개발) 센터를 개설하고 LFP 배터리 개발에 착수했으며 망간을 섞어 에너지밀도를 높인 LFP 시제품을 SK온에 이어 2번째로 공개했다.
최근에는 2026년 양산을 목표로 ESS(에너지저장장치)용 LFP계 LiB 개발을 추진하고 있으나 중국기업에 비해 상대적으로 열세인 LFP보다 LMFP 배터리로 돌파구를 모색하는 것으로 알려졌다.
LMFP는 LFP 배터리에 망간을 추가한 코발트 프리 배터리로 기존 3원계 배터리에 비해 저렴하고 화재 위험성이 낮으면서도 LFP 배터리에 비해 에너지밀도가 1.2배 가량 높다.
삼성SDI 관계자는 “LMFP가 기존에 주로 개발하던 NCA(니켈·코발트·알루미늄)와 비교했을 때 코스트가 저렴하고 LFP에 비해서는 성능이 더 뛰어나다”고 강조했다.
삼성SDI는 2023년 9월5일 독일 뮌헨(Munich)에서 열린 IAA 모빌리티 2023에서 NMX·LMFP계열 배터리를 선보이며 배터리 포트폴리오 다각화를 공언한 바 있다.
고주영 삼성SDI 전 부사장은 9월14일 KABC(Korea Advanced Battery Conference)에서 “LFP 시장 진입 시기가 사실상 늦었다고 판단되는 만큼 LMFP 등 신제품을 준비해 대응할 것”이라며 “NMX·LMFP로 범용부터 기존 고가형 시장까지 아우를 것”이라고 밝혔다.
삼성증권은 중국은 LFP 가공비가 3원계 대비 절반도 되지 않아 전기자동차용 배터리 시장에서 한국이 단기간에 가격 경쟁력을 확보하기 쉽지 않기 때문에 망간계 등으로 포트폴리오를 넓히거나 ESS 시장에서 프로젝트성 수요에 대응하며 자체 생태계를 구축해야 할 것이라고 관측했다.

 

코스모화학, LFP 배터리 소재 특허 출원
코스모화학(대표 안성덕)은 LFP 배터리용 인산철 제조기술을 개발했다.
코스모화학은 이산화티타늄(TiO2: Titanium Dioxide)의 부산물로 발생하는 황산철을 활용해 LFP 배터리 원료로 사용되는 인산철 제조법을 특허 출원했다.
코스모화학은 광석 제련을 통해 대표적인 백색 안료인 이산화티타늄과 2차전지 양극재의 주요 원료인 황산코발트를 국내에서 유일하게 생산하고 있다.
이산화티타늄 원광석에는 다량의 철 성분이 함유돼 약 10만-15만톤의 황산철 부산물이 발생되며 현재 황산철은 폐수처리장에서 무기물을 응집하는 용도로 사용하나 인산철 원료 사업화에 성공하면 고부가가치 사업으로 전환할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
또 LFP용 탄산리튬을 폐배터리 리사이클 공장에서 생산하고 있어 황산철 베이스 인산철과 탄산리튬을 결합해 LFP 전구체 및 양극재를 생산하면 원가 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 자신하고 있다.
코스모화학 관계자는 “최근 배터리 3사 및 국내 주요 양극재 생산기업들이 LFP 배터리 사업화에 집중하는 만큼 특허 출원으로 LFP 시장 진출을 가속화할 것”이라고 강조했다.

 

NiB, 중국이 시장 성장 주도한다!
NiB(나트륨이온전지)는 중국을 중심으로 시장이 급성장할 것으로 전망된다.
NiB은 나트륨 이온의 산화·환원 반응을 이용하는 중저가 배터리로 나트륨은 희귀광물 리튬에 비해 채굴과 정제가 쉽고 저렴하며 매장량은 리튬의 약 440배, 가격은 80분의 1 수준인 것으로 알려졌다. 
에너지밀도가 낮아서 1회 완충시 주행거리가 다른 배터리에 비해 짧지만 리튬 베이스인 LFP 배터리에 비해 가격 경쟁력이 높은 것으로 평가받는다.
SNE리서치에 따르면, NiB은 LFP 배터리 대비 최소 11%에서 최대 24% 저렴하게 생산할 수 있으며 글로벌 시장은 중국기업의 주도 아래 2035년 19조원으로 확대될 것으로 전망된다.
글로벌 전기자동차 배터리 1위인 중국 CATL은 2023년 Chery Automobile에게 NiB을 공급하며 상용화를 시작했고 Yadi와 JAC는 2024년 1월부터 NiB을 탑재한 전기 오토바이와 전기자동차를 각각 출시했다.
중국 언론에 따르면, 비야디(BYD)는 쑤저우(Suzhou)에 약 30GWh의 생산능력을 갖춘 첫 NiB 공장을 건설하고 있으며 총 100억위안(약 1조8333억원)을 투입할 계획이다.
중국은 2025년부터 본격적인 NiB 양산을 시작한 후 ESS까지 적용을 확대할 것으로 예상된다.
중국기업 이외에는 영국 파라디온(Faradion), 스웨덴 알트리스(Altris), 프랑스 티아매트(Tiamet), 미국 나트론(Natron) 등이 NiB 양산 계획을 발표한 바 있다.

 

K-배터리, NiB 급부상에 경쟁 심화 우려
K-배터리는 LFP 시장에 이어 NiB에서도 중국산과의 경쟁에서 난항이 예상된다.
국내 배터리 생산기업들은 중국이 LFP 배터리로 저가형 시장 공략에 성공함에 따라 뒤늦게 LFP 배터리 개발에 매진하고 있으나 2026년부터 2030년 사이에나 상용화가 가능하고 최근 NiB가 급부상함에 따라 글로벌 저가 시장 공략에 차질이 빚어질 것으로 우려된다.
문학훈 오산대 미래전기자동차학과 교수는 “NiB는 글로벌 주요 자동차기업들이 전기자동차 가격 인하를 지속적으로 시도하고 있는 시점에서 새로운 선택지가 될 것”이라고 강조했다. 
NiB를 탑재한 전기자동차는 기존 전기자동차 대비 1대당 5500-9200달러의 배터리 코스트를 절감할 수 있다. 
김필수 대림대 미래자동차공학부 교수는 “NiB는 아직 상용화 이전 단계인 만큼 기술적 검증이 됐다고 보기 어렵다”며 “중국이 저가형 포트폴리오를 빠르게 확장하는 것은 사실이지만 NiB는 성능을 지켜보면서 성장 가능성을 살펴야 할 것”이라고 강조했다.
이어 “NiB는 리튬 가격이 떨어질수록 LFP 대비 경쟁력이 떨어지는데 최근 리튬 가격이 지속해 하락하는 추세이기 때문에 아직은 LFP 배터리에 집중하는 것이 더 좋은 선택일 것”이라고 덧붙였다. 

 

리튬 가격이 경쟁력 좌우…
차세대 저가형 배터리 시장은 리튬 가격에 크게 좌우될 것으로 예상된다.
한국자원정보서비스(KOMIS)에 따르면, 배터리의 핵심 원료인 리튬 가격은 2024년 2월1일 kg당 86.5위안(약 1만6040원)으로 2023년 2월 427.5위안(약 7만9300원)에 비해 79.8% 폭락했다.
리튬은 2021년 초 50위안 수준에서 2022년 11월 581.5위안으로 10배 이상 급등했으나, 2023년 6월부터 고금리 장기화 및 인플레이션, 경기침체 우려 등으로 전기자동차 시장에 불확실성이 커지면서 거듭 하락하고 있다. 
배터리 관계자는 “리튬 가격이 계속 떨어지면 NiB보다 에너지밀도가 더 높고 이미 보편화된 LFP가 저가형 시장에서 우위를 차지할 것”이라고 강조했다.
정부는 LFP 시장 확대가 예상됨에 따라 폐배터리 재활용 생태계 육성에 나설 방침이다.
환경부는 LFP 폐배터리의 낮은 재활용성과 경제성을 우려해 생산자 재활용 책임제(EPR)와 폐기물처분분담금제 도입을 검토하는 것으로 알려졌다.
LFP는 리튬 뿐만 아니라 니켈, 코발트 등 고부가가치 물질을 추출할 수 있는 NCM 배터리에 비해 회수 가능한 물질이 리튬밖에 없어 재활용성이 떨어지며 리튬 가격이 하락하면 경제성이 크게 하락한다.
폐배터리를 폐기물이 아닌 재활용 원료로 육성하는 생태계 활성화 전략도 본격 추진한다.
폐배터리 중 일부는 성능을 복원해 전기자동차용으로 재제조하고 나머지는 ESS 등 다른 용도로 재사용하는 방식이며 재제조 및 재사용이 어려운 배터리는 리튬·니켈 등 유가금속만 회수해 재활용할 계획이다.
모든 폐배터리를 재활용하면 전기자동차 17만대 분량의 핵심광물을 확보할 수 있을 것으로 추산된다.
정부는 2024년부터 2028년까지 2차전지 산업에 38조원의 정책금융을 지원하고 핵심광물 해외 의존 개선, 사용 후 배터리 재제조·재사용·재활용 시장 조성 등 관련 생태계 육성을 체계화할 방침이다.

 

NAS, 글로벌 시장 2029년 10억달러로…
NAS(나트륨-황) 배터리는 ESS 분야의 차세대 배터리로 급부상하고 있다.
글로벌 배터리 시장은 3원계 LiB 중심으로 급성장했으나 리튬 부족에 따른 가격 급등, 액체 전해질에서 기인한 화재 취약성 등으로 고체 배터리 뿐만 아니라 LiB와 작동 원리 및 구조가 유사하고 기존 LiB 생산설비를 그대로 이용해 생산할 수 있는 비리튬계 배터리가 대체 배터리로 주목받고 있다.
특히, 나트륨계 배터리는 비리튬계 배터리 가운데 에너지밀도가 가장 높은 것으로 평가되며 폭발 위험도 낮기 때문에 개발이 활발한 것으로 판단된다.
NAS 배터리는 대용량에 에너지밀도가 높고 수명이 길며 크기가 일반 배터리의 3분의 1 수준임에도 장기간에 걸쳐 안정적인 전력 공급이 가능한 것으로 평가된다.
이에 따라 최대 수요전력 제어 방식 중 하나인 피크 컷(Peak-Cut) 용도나 날씨 영향을 많이 받는 태양광발전 등 재생에너지를 안정화할 때 혹은 절전 대책, 에너지 코스트 감축, 전체 환경부하 저감 등 다양한 용도에서 활용이 가능할 것으로 예상되고 있다.
NAS 배터리의 개념은 1966년 포드(Ford)가 제안한 것으로, 포드는 1973년 자동차에 500kg의 NAS 배터리를 장착해 200km까지 주행한 바 있다.
그러나 핵심기술 개발은 일본이 주도했으며 현재도 글로벌 시장을 일본이 장악하고 있는 것으로 파악된다.
일본에서는 1983년 도쿄전력(Tokyo Electric)이 히타치(Hitachi)와 피크 전력 증가에 대비해 NAS 배터리 개발에 착수했으며, NGK와 대용량 ESS 기술에 성공해 NGK가 독점적인 기술 경쟁력을 갖고 있다.
NGK는 후발 혹은 잠정적인 기술 개발 경쟁국을 견제하고 있으나 중국과학원 세라믹 연구소(SICCAS)도 30Ah급과 650Ah급의 단전지 기술을 선보이는 등 상당한 수준의 기술을 확보한 것으로 알려졌다.
국내 ESS 시장에서는 바스프(BASF) 주도 아래 NGK의 NAS 배터리를 주로 채용하고 있다.
바스프는 2019년 NGK와 NAS 배터리 판매 파트너십을 체결한 이후로 글로벌 시장에서 비독점 공급을 추진하고 있다.
코트라(KOTRA)에 따르면, 글로벌 NAS 배터리 시장은 2022년 3억3000만달러에서 2029년 10억2640만달러로 성장할 것으로 전망되고 있다.

 

NGK, 탄소중립 트렌드 타고 글로벌 공세 강화
NGK는 글로벌 탄소중립 트렌드에 맞추어 NAS 배터리 공급처를 다양화하고 있다.
NGK는 2002년 NAS 배터리 사업에 진출해 2003년 양산을 시작했으며 사무빌딩, 공장 등의 백업용 전력 용도로 시장을 개척해왔다.
이후 2020년부터 세계 각국이 탄소 배출량 제로(0)화 목표를 잇달아 공개하며 재생에너지 베이스 전력 설비가 부상하면서 재생에너지 베이스 ESS를 주요 타깃으로 주목하고 있다.
2021년 4월 기후현(Gifu) 에나시(Ena), Chubu Electric Power Miraiz와 에나전력(Ena Electric)을 설립하고 태양광발전 및 ESS용 NAS 배터리를 공급했다. 발전한 전력을 시내 공공시설 및 인근에 사업장을 둔 NGK 자회사가 사용하도록 전력 생산지에서 바로 소비하는 탈탄소화 모델을 수립했다는 평을 받고 있다.
2022년까지 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)의 다네가섬(Tanega) 우주센터, Automotive Systems 등 민간기업 뿐만 아니라 JGC Global가 MCS International과 추진하는 몽골 최초의 BESS(Battery ESS) 병설형 태양광발전 설비 건설 프로젝트, 바스프의 벨기에 앤트워프(Antwerp) 페어분트(Verbund: 종합생산기지)용 전력 저장장치 등에 NAS 배터리를 공급한 것으로 파악된다.
2023년에는 지필로스-한국전력의 나주 에너지신기술연구원 실증 프로젝트, 몰디브 탈탄소형 해수담수화 시스템 실증 프로젝트, 헝가리 국립 에너지 연구소 등에 NAS 배터리를 공급하며 글로벌 공세를 강화했다.
최근에는 NAS 배터리를 재생에너지 베이스 전력 관리뿐만 아니라 전력 분산화, 가상발전소(VPP), 전력 평준화용 전력 수급 조정 용도로도 제안하고 있다.
NGK는 NAS 배터리를 이용해 전력 수급용 개척을 본격화할 계획이다.
2022년 Chubu Electric Power Miraiz와 전력 수급 조정 사업을 추진하기로 했으며 재생에너지 발전소, ESS 등을 네트워크로 연결해 하나의 발전소처럼 작동하도록 하는 VPP에 NAS 배터리를 공급하고 있다.
2023년 8월에는 공동으로 재생에너지 추적 실증을 진행하고 있는 리코(Ricoh)와의 합작기업 NR-Power Lab을 통해 분산형 ID를 활용한 독자적인 VPP 시스템 구축에 착수했고, 2024년 4월부터 일본 전역의 재생에너지 전력기업들과 역내 경제 순환을 목표로 한 전력 자가소비 체제 수립에 나서기로 했다.

 

지필로스, 바스프 손잡고 아시아 사업 확대
지필로스(대표 박가우)는 바스프와 함께 국내에서 NAS 배터리 사업을 추진하고 있다.
지필로스는 2009년 설립돼 2011년 ESS용 PCS(전력변환장치), 2013년 레독스흐름전지용 PCS를 개발한데 이어 2016년 세계 최초로 GaN(질화갈륨) 반도체를 활용한 600W 연료전지 PCS를 상용화했다.
또 2018년 산업통상자원부 지원 아래 재생에너지 연계형 P2G 시스템 개발 및 구축 사업에 착수했고 제주도에서 풍력에너지를 이용해 이산화탄소(CO2) 배출이 없는 그린수소 전환 사업을 주도하고 있다.
2022년에는 글로벌 시장에 NAS 배터리를 공급하는 바스프의 100% 자회사 BSES(BASF Stationary Energy Storage)와 국내 및 아시아 시장을 주요 타깃으로 한 P2G 프로젝트, 전력망 및 마이크로그리드 응용 분야에 활용 가능한 NAS 배터리의 영업 및 마케팅 협약을 체결했다.
바스프는 지필로스가 2020년 한국중부발전과 공동으로 수행한 제주 상명풍력단지 P2G 실증 프로젝트에 NAS 배터리를 공급하며 지필로스와 협력해왔다.
NAS 배터리는 풍력발전의 불규칙한 특성 때문에 발생하는 미활용 전력에도 안정적으로 수소를 생산할 수 있도록 풍력터빈과 수전해 장치 사이 에너지 버퍼로 사용되고 있다.
수소 생산설비 가까이에 설치하고 안정되게 가동해야 할 뿐만 아니라 반복적인 충·방전에도 견뎌야 하는 까다로운 요건에도 높은 안정성을 입증한 것으로 평가된다.
BSES가 공급하는 NAS 배터리 시스템은 일본 NGK의 배터리를 채용했으며 세라믹 전해질로 분리된 나트륨 및 황 전극으로 구성돼 6시간 이상의 장주기용 ESS에 사용할 수 있다.
지필로스는 한전이 대용량 장주기 ESS 기술 실증을 추진하고 있는 나주 에너지신기술연구원에 5.8MWh의 NAS 배터리를 설치했으며, NGK로부터 NAS 배터리 설치 및 시험가동·유지보수를 위한 커미셔닝 교육을 받고 국내 및 아시아 시장에서 NAS 배터리 공급을 본격화할 예정이다. (강윤화 책임기자: kyh@chemlocus.com) (김진희 기자: kjh@chemlocus.com)