K-배터리 기술의 핵심인 하이니켈 배터리에 대해 알아보자

하이니켈 배터리는 코발트 비중을 낮추고 니켈 비중을 높인 리튬이온 배터리를 말하며 하이니켈계 배터리라고도 한다. 하이니켈 배터리에 대해 더 자세히 알아보자

 

 

 

 

 

하이니켈 배터리

 

한국 배터리 업체들은 코발트비중은 낮추고 니켈 비중은 최대한 끌어올린 하이니켈 배터리에 주력하고 있다. 니켈은 배터리의 에너지 밀도를 향상하는데 핵심 역할을 하는 원료이고 동일한 부피와 무게를 가진 배터리라도 에너지 밀도가 높으면 전기차 주행거리를 늘릴 수 있다. 이에 배터리 제조사들은 에너지 밀도를 결정하는 니켈의 함량을 80 ~ 90%까지 높인 하이니켈 배터리를 적극적으로 개발하고 있다. 

 

 

 

 

 

 

니켈 90% 하이니켈 배터리를 탑재하면 1회 충전으로 평균 600KM 이상 주행이 가능해지는데 이는 서울과 부산 왕복이 가능하다는 것이다. 

 

배터리의 성능은 양극 활물질의 적절한 조합을 통해 완성되는데 양극에 어떤 활물질을 사용했는지에 따라 배터리의 용량과 전압이 결정된다. 배터리는 니켈이 많을수록 더 많은 에너지를 저장할 수 있다. 전기차에 적합한 배터리는 NCM(니켈, 코발트, 망간 조합), NCA(니켈, 코발트, 알루미늄 조합, NCMA(니켈, 코발트, 망간, 알루미늄 조합)이 주로 쓰인다.

 

 

 

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하이니켈 배터리 장점

 

니켈은 고용량과 관련 있고 망간과 코발트는 안전성과 관련 있다. 니켈의 함량이 높아지면 리튬층으로 들어올 수 있는 리튬의 개수가 다름 금속에 비해 2배 이상 많아진다. 니켈 비중을 높일수록 에너지 밀도가 높아져 전기차 성능이 개선될 수 있다. 또한 생산원가가 저렴해지는 장점도 있다. 배터리 원료 중 원가가 가장 높은 건 코발트인데 코발트는 양극재에서 10 ~ 20% 비중을 차지한다. 니켈과 망간을 합친 것보다 비싸다. 양극재가 배터리 원가 중 30% 이상을 차지하는 것 역시 코발트 때문이다. 이로 인해 코발트 함량을 낮추면 배터리 원가를 절감할 수 있고 전기차 가격 경쟁력을 확보할 수 있다. 

 

 

 

 

하이니켈 배터리 단점

 

배터리 안전성이 떨어지는 단점이 있다. 하이니켈 배터리가 장시간 공기에 노출되면 불순물이 형성되고 부식될 수 있다. 또한 배터리 내에 잔류한 리튬은 가스를 발생시켜 폭발할 수도 있다. 구조적 불안전성등으로 수명이 짧다는 단점도 있다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

하이니켈 배터리 개발현황

 

LG에너지솔루션, SK온, 삼성 SDI 등 전기차 업체들이 차세대 하이니켈 배터리 양산을 본격화하고 있다. LG에너지솔루션은 NCMA(니켈, 코발트, 망간, 알루미늄), SK온은 NCM9 양산을 시작했고, 삼성 SDI는 젠 5 양산을 시작했다. 세 회사의 하이니켈 배터리는 양극재에 들어가는 니켈 함량을 60~70%에서 80~90%로 크게 높였다. 

 

 

 

 

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배터리용 니켈 수요 확대 전망

 

니켈은 전성과 연성이 매우 우수하고 고온 및 저온 강도 또한 우수한 특성을 가진다. 현재 니켈이 가장 많이 사용되는 분야는 스테인리스 스틸이다. 스테인리스스틸에 녹스는 것을 방지하는 역할을 하기 때문이다. 현재까지 니켈 소비 비중은 스테인리스스틸용 80%, 2차 전지용 7%였지만 전기차 시장의 폭발적으로 성장함에 따라 2차 전지용 수요가 점차 증가하는 추세다. 

 

2차 전지 배터리에는 고순도 니켈인 Class 1 니켈(순도 99.8%)이 필요한데 Class 1 니켈은 전체 니켈 생산량의 35% 를 밑돌 정도록 생산량이 적이 공급이 부족한 상황이다. 이에 각 기업들은 배터리 양극재용 니켈 공급망 확보와 대체 방안을 모색하고 있다. 

 

 

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※ 하이니켈 배터리 관련 종목으로는 LG에너지 솔루션, 삼성 SDI, SK이노베이션, 포스코퓨처엠, 엘앤에프, 에코프로비엠 등이 있다.

 

※ 니켈 관련 종목으로는 황금에스티, 현대비앤지스틸, 대양금속, 티플랙스, 한국선재, 엘앤에프, STX 등이 있다.