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오늘 소개해 드릴 정보는 지난 1일에 발생한
청라 전기차 화재 사건과 관련하여,
전기차의 배터리 정보 공개, 성분 분석에 대한 자료를 알려드리고자 합니다.
청라 전기차 화재 발생 사건 개요
2024년 8월 1일, 인천 청라의 한 아파트에서 발생한 전기차 배터리 화재 사건은 전기차 배터리의 안전성에 대한 우려를 다시금 일으키며, 이에 따라 전기차 제조사들에게 배터리 성분과 제조 공정에 대한 더 큰 투명성을 요구하는 움직임이 일어났습니다. 정부와 소비자단체들은 전기차 제조사들에게 배터리 관련 정보를 공개할 것을 강력하게 요구하고 있습니다.
전기차 배터리 종류와 성분 비율 알아보기
전기차에서 사용되는 배터리는 주로 리튬이온배터리(Lithium-ion Battery), 리튬 인산철 배터리(LFP, Lithium iron Phosphate Battery), 니켈 코발트 망간 배터리(NCM, Nickel Cobalt Manganese Battery), 니켈 코발트 알루미늄 배터리(NCA, Nickel Cobalt Aluminum Battery)로 나눌 수 있습니다. 각각의 배터리는 성능, 안전성, 비용 측면에서 장단점을 갖고 있습니다. 먼저, 리튬이온배터리란 도대체 무엇인지 알아볼까요?
리튬이온배터리 (Lithium-ion Battery)
리튬이온배터리는 양극재, 음극재, 전해액, 분리막과 같은 네 가지 요소로 구성되며, 양극과 음극 물질 간 전자 이동으로 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치입니다.
양극의 리튬 이온이 음극으로 이동하면서 배터리가 충전되고, 음극의 리튬 이온이 양극으로 돌아가면서 배터리가 방전되는 원리를 가지고 있습니다.
리튬이온배터리는 전기차, 스마트폰, 전동 공구, 에너지 저장 장치(ESS) 등 다양한 전력 장치에 적용됩니다. 이러한 배터리의 성능과 특성은 내부 소재에 따라 다양하게 구별되는데요. 특히, 배터리 원가의 40%을 차지하는 양극재는 전기차의 주행거리와 출력 등을 결정하는 핵심적인 소재로써 중요한 역할을 합니다.
양극재가 배터리의 성능을 결정한다면, 양극재는 구성하는 원료에 따라 성능과 특성이 좌우됩니다. 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 등의 원료를 어떤 비율로 조합하느냐에 따라 성능과 특성이 달라지며, 용량·에너지밀도·안정성·수명·가격 경쟁력이 달라집니다.
특히, 전기차 시대가 도래하면서 양극재의 니켈 비중을 높이는 것이 관건이 됩니다. 니켈이 전기차 주행거리에 영향을 미치는 양극재 용량·에너지 밀도를 결정하기 때문에, 니켈 비중을 80% 이상으로 극대화한 하이 니켈(High-Ni) 삼원계 양극재가 주목을 받게 되었습니다.
하이 니켈 양극재는 NCM(니켈·코발트·망간), NCMA(니켈·코발트·망간·알루미늄), NCA(니켈·코발트·알루미늄) 등으로 구분되며, 국내 배터리 소재 기업들은 양극재의 고 니켈화를 위한 투자를 지속하여 고품질의 하이 니켈 삼원계 양극재를 양산하면서 글로벌 양극재 시장을 주도하고 있는 상황입니다.
🟥 리튬이온배터리 (Li-ion Battery)
- 구성 성분 비율 : 리튬 2-7%, 코발트 10-20%, 니켈 40-80%, 망간 10-20%, 기타 첨가물 및 전해질
- 특징 : 에너지 밀도가 높아 주행거리가 길지만, 발열이 심하고 코발트 사용으로 인해 비용이 높음
🟧 리튬 인산철 배터리 (LFP)
- 구성 성분 비율 : 리튬 1-5%, 철 60-70%, 인산염(나머지 비율)
- 특징 : 안정성이 높고 발열이 적으며, 자원 채굴과 환경 부담이 적은 편이나 에너지 밀도가 낮아 주행거리가 상대적으로 짧음
🟨니켈 코발트 망간 배터리 (NCM)
- 구성 성분 비율 : 니켈 33-80%, 코발트 10-20%, 망간 10-20%
- 특징 : 높은 에너지 밀도와 우수한 성능을 보장하며, 코발트 비율을 줄임으로써 비용 절감이 가능하지만, 여전한 발열 이슈
🟩니켈 코발트 알루미늄 배터리 (NCA)
- 구성 성분 비율 : 니켈 80-90%, 코발트 5-10%, 알루미늄 5-10%
- 특징 : 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 제공하지만, 발열 관리가 어려워 안전성 이슈가 발생할 수 있음
[이어카 전기차 배터리 성분 비교표]
전기차 제조사별 사용 배터리 유형
2024년 현재, 주요 전기차 제조사들은 다양한 배터리의 유형을 사용하고 있는데요. 각 제조사는 차량의 성능, 가격, 타깃 시장에 따라 배터리를 선택하고 있습니다.
🟦 테슬라 (Tesla)
NCA 배터리를 사용하지만, 일부 모델에서는 LFP 배터리도 사용합니다. LFP 배터리는 모델 3과 같은 저가형 모델에 주로 사용됩니다.
🟦 폭스바겐 (Volkswagen)
NCM 배터리를 주로 사용하며, 일부 저가형 모델에 LFP 배터리가 사용됩니다.
🟦 현대 · 기아 (Hyundai · Kia)
NCM 배터리를 주로 사용하며, 고성능 모델에 대해서는 NCA 배터리도 사용됩니다.
여기서 NCM 양극재란?
NCM 양극재는 리튬, 니켈, 코발트, 망간으로 구성되어 있습니다. 현재 전기차 배터리 중 가장 많이 사용되며, 주행거리와 출력에 중요한 요소입니다. 니켈 함량에 따라 NCM622, NCM811 등으로 부르며, 이는 니켈·코발트·망간의 함유 비율을 나타냅니다. 예를 들어, NCM622는 니켈 함량 60%, 코발트 함량 20%, 망간 함량 20%를 가지고 있습니다. 또한, 하이 니켈 단 입자 양극재도 주목받고 있으며, 포스코 케미칼은 니켈 80% 이상 하이 니켈 NCM(A) 양극재를 양산하여 글로벌 고객사에 공급하고 있습니다.
🟦 BMW
NCM 배터리를 주로 사용하며, 고성능 모델에는 NCA 배터리를 일부 사용합니다.
🟦 BYD
LFP 배터리를 주력으로 사용하며, 자사의 블레이드 배터리로 유명하며 안전성과 긴 수명을 강조합니다.
전기차 배터리 화재와 안전성 이슈
이번 청라 전기차 화재 사건으로 인해 전기차 배터리의 안정성 문제가 더욱 크게 부각되었는데요. 화재와 안전성 이슈는 전기차 산업에서 가장 중요한 문제로 부각되고 있습니다.
특히, NCM 및 NCA 배터리의 높은 에너지 밀도로 인한 화재 위험이 크게 걱정되고 있습니다.
반면에 LFP 배터리는 상대적으로 안전성이 높지만, 에너지 밀도가 낮아 주행거리에 불리한 면이 있습니다. 이러한 안전성 문제를 고려하여 전기차 산업이 안전하고 지속 가능한 방향으로 발전할 수 있도록 노력해야 할 것 같습니다.
전기차 제조사의 대응 투명성 강화 요구
이번 청라 전기차 화재 사건 이후, 전기차 제조사들은 배터리 안전성 강화를 위한 대책을 발표했는데요. 배터리 성분, 제조 공정 등에 대한 정보를 더욱 투명하게 공개하여 소비자들의 신뢰를 회복하고자 노력하고 있다고 합니다. 일부 제조사들은 배터리 모니터링 시스템을 개선하고, 배터리 안전성을 높이기 위한 연구에 적극적으로 투자하고 있습니다.
이와 같은 사건을 통해, 전기차 배터리 기술의 발전과 함께, 전기차 안전성에 대한 관심이 더욱 높아지고 있는 가운데, 전기차 배터리 기술의 발전을 더욱 안전한 운전 환경을 만들어가는 데에 중요한 역할을 하고 있습니다. 전기차 제조사들은 소비자들에게 더욱 투명한 정보를 제공하고, 안전성을 최우선으로 하는 정책을 마련하여 하루빨리 신뢰를 쌓는 것이 필수적이라고 생각합니다.
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