[디지털데일리 고성현 기자] 국내 배터리 업계가 중국 리튬인산철(LFP) 배터리 대응과 메인스트림급 전기차에 탑재할 코발트프리(NMX), 망간리치(LMR, LMO) 소재 개발에 힘 쏟고 있다. 자체적인 LFP 배터리 개발로 에너지저장장치(ESS)·전기차 시장을 겨냥하는 한편, 포트폴리오를 넓혀 시장 주도권을 잡기 위해서다.

8일 업계에 따르면 최근 국내 기업들이 NMX, LMR 배터리 개발을 지속하고 있다. LFP의 에너지밀도 한계로 탑재가 어려운 중급형 전기차 모델에 탑재하기 위해서다.

NMX는 니켈과 망간에 첨가제 물질을 추가적으로 더해 개발한 배터리다. 성능은 니켈·코발트·망간 배터리의 니켈 60% 급과 유사하지만, 값이 비싼 코발트를 빼 가격을 낮췄다. LMR은 NMX 대비 망간의 비중을 크게 확대한 배터리로 코발트 외 니켈의 비중도 낮춰 가격을 획기적으로 낮춘 것으로 평가 받는다.

당초 NMX와 LMR은 2020년대 초반부터 올해나 내년 양산을 목표로 각 배터리 제조사들이 개발을 진행해왔다. 코발트의 가격 부담과 노동 착취 등 인권 침해 논란 등 부담을 덜고 중국의 LFP 배터리를 대체하기 위한 목표에서다. 특히 니켈과 코발트 비중이 삼원계 대비 상대적으로 낮아, 열안정성 측면에서도 이점이 크다는 평가를 받는다.

하지만 망간이 반복적인 충방전에 따른 균열(Crack)로 가스가 쉽게 발생하고, 전해질과 계면 부반응에 따른 망간 용출 등 배터리 셀 불량을 야기하면서 수명을 단축시킨다는 점이 걸림돌이 됐다. 또 망간 함량이 늘수록 저항도 높아져 에너지밀도가 줄어드는 문제도 있었다.

최근에는 이러한 문제가 다소 해결되는 모습이다. 고전압에 대응 가능한 단결정 양극재 생산이 안정화된 덕이다. 망간리치의 구조를 단결정으로 채택하면 충방전·압연 공정 등으로 인한 균열을 최소화할 수 있고, 망간 용출 등을 억제할 수 있다. 아울러 기존 4.1V 수준의 전압을 4.4~4.5V로 확대할 경우 높은 저항에 따른 밀도 하락을 상쇄할 수 있다는 기대감도 나온다. LMR의 경우 수명·에너지밀도 한계가 있던 1세대에서 2세대 제품 등으로 개발 수준이 높아진 상태다.

가장 적극적으로 이를 개발하는 업체는 양극재 기업들이다. 포스코퓨처엠이 전기차용 LMR 양극재 개발을 끝마치고 배터리, 자동차 업체들과 이를 적용키 위한 검증 등을 진행하고 있다. 특히 포스코퓨처엠은 LFP 양극재의 가격 경쟁력이 중국에 밀리는 점을 고려해, LFP의 생산도 병행하되 최종적으로 LMR 등을 통해 주도권을 잡겠다는 목표를 내세우고 있다.

다른 양극재사들도 이를 신규 포트폴리오로 개발할 방침을 내세운 바 있다. 에코프로비엠은 기존 하이니켈 양극재에 이어 NMX, 망간리치로 영역을 넓힐 계획을 드러낸 바 있고, 엘앤에프·LG화학도 포트폴리오 확대 차원에서 이를 개발 중이다.

다만 배터리 업계에서는 NMX와 LMR에 대한 실질적인 대량양산과 공급 확대 가능성을 다소 낮게 보는 모습이다. 현재 양극재 레벨에서 이에 대한 개발이 차츰 이뤄지고 있으나, 배터리 레벨에서의 개발이 더뎌지면서 시기가 점점 늦춰지고 있다는 이유에서다.

한 업계 관계자는 "삼성SDI나 LG에너지솔루션도 이 소재에 대한 관심이 있는 상황이지만, 실질적으로 전기차에 탑재될 수 있는지에 대해서는 여전히 의문 부호가 많다"며 "양극재 단에서 검증이 됐더라도 배터리 셀 상태에서의 화학 조성은 구성이 더 복잡해지는 만큼, 환경 변수 등에 따라 결과값이 달라질 가능성이 크기 때문"이라고 전했다.

이어 그는 "오히려 LMR 등은 국내 배터리 업체보다 현대차, GM, 폭스바겐 등 자동차 업체들이 더 관심이 많다. 배터리 업계의 관심도가 낮아 주도권을 잡을 가능성이 있기 때문"이라고 덧붙였다.

일각에서는 LFP 기반의 배터리 소재가 더욱 활성화될 가능성을 보고 있다. 자체적인 소재 성능 개선은 물론 셀투팩(CTP), 셀투샤시(CTC) 등 차량 플랫폼 구조 개선에 따른 에너지밀도 상승이 이뤄질 수 있다는 이유에서다. 이에 따라 국내 배터리 업체들이 LFP-고전압 미드니켈-하이니켈로 이어지는 포트폴리오를 우선 구축할 것이라는 게 업계의 관측이다.

또다른 업계 관계자는 "LMR이나 NMX은 확실히 고전압 미드니켈 대비 가격적 이점이 크지만 신뢰성이 아직 확실한 검증을 받지 않았다"며 "당분간은 상용화가 빠른 고전압 미드니켈이 메인스트림 영역을 차지할 가능성이 높고, 만약 전기차의 모델 다변화로 수요가 더욱 세분화된다면 그 시점에서야 이들의 가능성이 있을 것"이라고 말했다.