테슬라·LG화학이 '코발트 제로' 배터리 꿈꾸는 이유는 - 조선비즈

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입력 2020.06.15 06:00

미국 전기차 업체 테슬라는 최근 전기차 배터리의 핵심 원료 중 하나인 코발트를 제거한 ‘코발트 제로’ 배터리를 생산할 계획이라고 밝혔다. 전기차에 들어가는 리튬이온 배터리는 주로 니켈·코발트·망간(NCM)을 원재료로 한 양극재를 쓰는데, 이 가운데 가장 가격이 비싸고 구하기 어려운 코발트의 비중을 낮춰 가격 경쟁력을 확보한다는 전략이다.

테슬라는 지난 8일 발표한 ‘2019년 임팩트 보고서’에서 "테슬라 배터리는 코발트 비중을 낮추고 니켈 함량을 높인 양극재를 사용하고 있다"며 "궁극적으로 코발트를 완전히 제거하는 것이 목표"라고 했다.

테슬라 외에도 LG화학(051910), SK이노베이션(096770), 제너럴모터스(GM) 등 주요 배터리·완성차 업체들이 원가 절감을 목표로 코발트 함량을 줄인 배터리 개발에 박차를 가하고 있다.

◇ ‘하얀석유’ 코발트 생산 60% 콩고가 독점… 비싸고 공급 차질 잦아

배터리 업계가 코발트 비중을 낮춘 배터리 개발에 나선 이유는 코발트 가격 부담과 수급 문제 때문이다. 구리와 니켈 광산에서 부산물로 얻어지는 코발트는 스마트폰, 노트북, 전기차용 리튬이온 배터리에 사용되는 금속으로 ‘하얀석유’라고도 불린다. 희소성이 높아 가격이 비싼 편이다. 런던금속거래소(LME)에 따르면 6월 기준 코발트 현물가격은 톤당 2만9000달러다. 니켈의 2.5배, 망간의 25배에 달한다.

코발트는 전기차 시장의 성장과 맞물려 수요가 급증하고 있지만 세계 매장량이 줄어들고 있어 머지않아 공급 부족 현상이 나타날 것으로 예상된다. 미 매사추세츠공대(MIT)의 엘사 올리베티 교수 연구팀에 따르면 2030년 글로벌 코발트 수요는 24만~43만톤, 생산량은 32만~46만톤에 이를 전망이다.

여기에 세계 코발트 물량의 60% 이상을 생산하는 콩고민주공화국이 올해 초부터 코발트 시장에 대한 국가 독점을 강화하면서 공급난은 더욱 심화될 전망이다. 콩고는 내전과 부족간 갈등이 잦아 최근 3~4년 사이에도 수차례 코발트 공급에 차질을 빚어왔다. 콩고 코발트 광산에서 아동 노동 착취가 자주 발생하면서 코발트가 ‘분쟁 광물’로 지정, 국제 거래에서 제한을 받는 점도 공급난을 부추기는 요인이다.

아프리카 콩고민주공화국에서 코발트를 채굴 중인 아동 노동자. / 유니세프 홈페이지 캡처

◇ 국내 배터리 업계, 니켈 비중 80%로 높인 배터리 생산 돌입

국내 배터리 업계도 이같은 코발트 공급 제한 문제를 극복하기 위해 코발트 의존도를 점진적으로 낮추는 작업을 진행해왔다. LG화학은 GM과 손잡고 코발트 비중을 10% 미만으로 내린 NCMA(니켈·코발트·망간·알루미늄) 배터리 ‘얼티움’ 생산을 준비 중이다. 그동안 LG화학 삼원계(NCM) 배터리는 니켈 60%, 코발트 20%, 망간 20%의 비율로 만든 양극재를 사용해왔다.

LG화학은 올해부터 GM 전기차 볼트EV에 니켈 비중을 70%로 높이고 코발트 비중을 10%로 내린 ‘NCM712’ 배터리를 적용하고, 2022년형 볼트EV부터 얼티움을 탑재할 계획이다. 얼티움은 니켈 비중을 85~90%까지 높이고 코발트 비중을 10% 미만으로 낮추는 대신 안정성을 높이기 위해 알루미늄을 추가한 배터리다. LG화학 관계자는 "니켈 비중이 80%까지 높아진 배터리를 탑재하면 전기차 주행거리가 600km로 늘어날 것"이라고 말했다. 현재 전기차의 주행거리는 약 400km다.

SK이노베이션도 니켈 비중을 90%로 늘리고 코발트 비중을 약 5%로 줄인 ‘NCM 9½½’ 배터리 생산을 앞두고 있다. 회사 관계자는 "배터리 사업 경쟁력 강화와 비용 절감 노력의 일환"이라고 말했다. 삼성SDI도 니켈 비중이 80% 이상인 하이니켈 양극 소재를 적용한 배터리를 내년에 선보일 예정인 것으로 알려졌다.

◇ "코발트는 여전히 핵심 원재료…중국 LPF 배터리는 성능 떨어져"

그러나 아직 코발트를 완전히 제거한 고성능 리튬이온 배터리를 구현한 업체는 없다. 코발트는 배터리의 출력과 안정성을 높여주는 역할을 하는 핵심 원재료다.

중국에서는 코발트가 없는 리튬인산철(LFP) 배터리도 사용 중이지만, LFP 배터리는 출력이 낮고 무거워 전기차의 주행거리를 늘리기 어렵다는 단점이 있다. 배터리 업계 한 관계자는 "니켈이 들어가야 배터리의 에너지 밀도가 높아져 주행거리를 늘릴 수 있다"며 "테슬라가 원가 절감 차원에서 중국 CATL의 LFP 배터리를 일부 적용하기로 한 것으로 보이는데, LFP 배터리는 안정성이 높은 대신 성능이 떨어져 대세로 자리매김하긴 어려워 보인다"고 말했다. 앞서 로이터통신은 테슬라가 중국에서 생산하는 전기차 ‘모델3’에 LFP 배터리를 장착할 예정이라고 보도했다.

미국 전기차 전문매체 테슬라라티는 "테슬라가 직면한 가장 큰 과제는 배터리의 성능을 유지하면서 코발트를 대체할 만한 다른 금속을 찾는 것"이라면서 "지금으로서는 배터리의 안정성을 높여주는 역할을 하는 코발트를 대체할 원재료가 없다"고 전했다.