삼성SDI가 최근 글로벌 완성차 브랜드 및 에너지 기업들과 연이은 대규모 공급 계약을 체결하며 시장의 이목을 집중시키고 있다. 지난 3월 미국 에너지 기업과 1.5조 원 규모의 ESS(에너지저장장치)용 배터리 공급 소식에 이어, 4월에는 메르세데스-벤츠와 차세대 전기차 배터리 공급을 위한 다년 계약을 체결했다.

[삼성SDI와 메르세데스-벤츠가 20일 서울 강남구 신사동 안다즈 서울강남에서 전기차 배터리 공급 계약을 체결하고 기념사진을 찍고 있다. (왼쪽부터 최주선 삼성SDI 대표이사 사장, 요르그 부르저 메르세데스-벤츠 최고기술책임자)]

연이은 수주 소식 속에 주목할 점은 삼성SDI가 공급하는 배터리의 양극 소재가 한 가지가 아니라는 점이다. 메르세데스-벤츠의 고성능 전기차에는 하이니켈(High-Ni) NCM(니켈·코발트·망간) 소재가, ESS용 배터리에는 NCA(니켈·코발트·알루미늄)와 LFP(리튬인산철) 소재가 선택되었다. 이는 삼성SDI가 고객사의 요구 조건과 사용 환경에 최적화된 맞춤형 배터리 솔루션을 제공하고 있음을 보여준다. 

그렇다면 양극 소재 NCA, NCM, LFP는 각각 어떤 특징을 가지고 있을까? 이를 알아보기 위해서는 우선 양극 구조를 먼저 살펴봐야 한다.

양극은 활물질, 도전재, 바인더, 기재(집전체)로 구성된다. 우리가 흔히 부르는 NCA, NCM, LFP 등의 명칭은 바로 양극의 핵심 성분인 활물질을 의미한다. 리튬금속산화물로 이루어진 활물질은 리튬이온을 생성하며 배터리의 용량과 전압을 결정하는 결정적인 역할을 한다.

이 활물질은 어떤 금속 원소를 배합하느냐에 따라 그 특성이 확연히 달라진다. 일반적으로 니켈(Ni)은 용량을 높이고, 망간(Mn)과 코발트(Co)는 안전성과 수명을 향상하며, 알루미늄(Al)은 출력 특성을 강화하는데 활용된다. 

[리튬이온 배터리의 양극 활물질 종류 및 특징]

1990년대 리튬이온 배터리 시대를 연 LCO(리튬·코발트·옥사이드) 소재 이후, 기술은 끊임없이 진화해 왔다. 삼성SDI는 현재 시장의 다양한 요구에 대응하기 위해 다양한 소재 포트폴리오를 운용하며 경쟁력을 강화하고 있다.

NCA와 NCM으로 대표되는 삼원계 소재는 에너지 밀도를 높인 점이 특징이다. 삼성SDI는 독자적인 기술력을 바탕으로 니켈 함량을 극대화한 하이니켈(High-Ni) 기술을 NCA와 NCM에 적용하여 고용량과 고출력 성능을 확보하고 있다.

LFP 소재는 에너지 밀도가 삼원계보다 낮지만 구조적으로 안정적이고 가격 경쟁력이 뛰어나다는 장점이 있다. 이 때문에 대규모로 설치되는 ESS용 배터리로 주목을 받고 있으며 삼성SDI는 일체형 ESS 'SBB(Samsung Battery Box) 2.0' 제품에 LFP 각형 배터리를 적용할 예정이다. 

삼성SDI가 다양한 양극 소재를 활용하는 이유는 배터리가 사용되는 환경과 고객의 목적이 저마다 다르기 때문이다. 고성능 주행이 필요한 전기차에는 고용량, 고출력 성능의 삼원계 소재를, 경제성과 안정성이 우선시되는 ESS에는 LFP 소재를 적용하는 식의 ‘적재적소’ 전략이 필수적이다.

삼성SDI는 NCA, NCM, LFP를 아우르는 폭넓은 소재 포트폴리오를 갖추고 글로벌 고객이 원하는 솔루션을 제공해 시장 경쟁력을 더욱 공고히 할 것이다.