전기차 시장의 빠른 성장과 함께, 배터리 수요도 다변화되고 있습니다. 더 긴 주행거리와 빠른 충전을 위한 높은 에너지 밀도는 물론이고, 원자재 가격 급등과 공급망 리스크에 대응하기 위한 가격 경쟁력까지 요구되고 있는데요. 이 같은 흐름 속에서 새롭게 주목받고 있는 배터리가 있습니다. 바로, ‘리튬망간리치(Lithium Manganese Rich, LMR) 배터리’입니다. 이번 시간에는 리튬망간리치(LMR) 배터리에 대해 알아보겠습니다.
리튬망간리치(Lithium Manganese Rich, LMR) 배터리란?
리튬망간리치(Lithium Manganese Rich, LMR) 배터리는 이름에서 짐작할 수 있듯, 양극재 내 리튬(Li)과 망간(망가니즈, Mn)의 함량을 높인 리튬이온배터리입니다.
LG에너지솔루션의 LMR배터리는 기존의 NCM(니켈·코발트·망간) 배터리와 비교해, 망간 함량을 60~65% 수준까지 끌어올리고, 가격적 그리고 환경적으로 문제가 많은 코발트의 함량이 없거나 매우 낮은 Co-free 배터리를 지향하고 있습니다.
망간은 전 세계 매장량이 15억 톤(t)에 이를만큼 풍부해, 원가가 상대적으로 저렴하고, 소재를 안정적으로 수급할 수 있습니다. 최근 전기차 수요가 급증하면서 배터리의 가격 경쟁력 확보가 중요한 과제로 떠오르고 있는데요. LMR배터리는 LFP배터리(리튬인산철) 와 유사한 수준의 가격 경쟁력을 갖추면서도, 더 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있어서 새로운 구성의 배터리로 주목받고 있습니다.
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리튬망간리치 배터리의 특징은?
LMR은 기존 양극재 대비 리튬 함량이 높아, 고전압을 포함한 출력전압 영역에서 이론 용량이 250 mAh/g 이상의 고용량을 구현할 수 있습니다. 이는 기존 삼원계(NCM) 양극재의 이론 용량1(약 275~280mAh/g)에 가까운 수준이며, LFP (약 170mAh/g) 대비 47% 정도 더 높은 수치입니다.
이러한 고용량 특성을 바탕으로, 에너지 밀도 측면에서도 NCM과 유사한 수준에 도달할 수 있으며, LFP(120~160Wh/kg) 보다 약 33%가량 더 우수한 성능을 제공합니다.
또한, LMR 양극재는 안정적인 Mn4+를 포함한 층상구조를 가지고 있는데요. 특히 고온 환경에서도 산소 방출이 적어 초기 상태에서 우수한 열적 안전성을 보여주죠. 이러한 장점들은 조립/운송/보관 등 공정 안정성 측면에서 유리합니다.
이처럼 높은 에너지 밀도, 구조적 안정성, 우수한 열적 특성 그리고 저렴한 가격까지 모두 갖춘 LMR 배터리는 전기차용 배터리에서 성능과 안전성의 균형을 추구하는 차세대 기술로 주목받고 있습니다.
친환경 시대의 요구, LMR배터리의 지속 가능성
LFP 배터리는 회수가치가 낮은 철(Fe)을 기반으로 하고, 추출 비용이 높은 리튬의 함량도 2% 미만에 불과해 재활용 효율이 낮습니다. 반면, LMR배터리는 리튬 함량이 약 8%에 달하며, 리튬·니켈·망간 등 경제적 가치가 높은 희귀 금속을 포함하고 있어 회수 수익성이 뛰어나죠. 그리고 Co-free LMR 배터리는 비싼 코발트 사용을 배제하여 제조 비용을 절감하고 경제성을 높입니다. 또한 코발트 채굴로 인한 환경 파괴와 윤리적 문제를 줄여 지속 가능한 배터리 생산이 가능해집니다. 이러한 특성 덕분에, LMR배터리는 원자재 재활용 측면에서도 친환경적일 뿐만 아니라, 제조 관점에서도 경제적인데 친환경까지 고려한 지속 가능한 배터리입니다.
LMR배터리 개발을 위한 기술적 과제는?
LMR배터리는 차세대 배터리로서 그 가능성을 인정받고 있지만, 상용화를 위해서는 여전히 해결해야 할 기술적 과제들이 남아있습니다. 우선, ‘초기 사이클 효율(ICE, Initial Coulombic Efficiency)’이 낮다는 점이 있습니다. 배터리를 처음 충전할 때 리튬이 일부 손실되면서, 용량 저하로 이어질 수 있습니다. 또 다른 하나는, 충·방전 사이클이 반복되면서 출력 전압이 점차 낮아지는 현상입니다. 이 경우 시간이 지남에 따라 에너지 효율에 영향을 미칠 수 있습니다.
이 같은 한계들을 극복하기 위해, 업계 연구진들은 코팅 및 도핑 기술을 통한 구조적 안정화 등 다양한 소재 및 공정 기술 혁신에 힘쓰고 있습니다.
가격 경쟁력과 높은 에너지 밀도, 안전성과 지속 가능성까지 모두 아우르는 균형 잡힌 기술로 차세대 배터리 시장의 주역으로 떠오른 LMR(리튬망간리치)배터리. 과연, LMR 배터리가 전기차의 대중화를 앞당기고, 배터리 산업의 판도를 바꿀 수 있을까요? 앞으로 LMR 배터리가 만들어갈 새로운 가능성과 변화에 주목해 보시길 바랍니다.
- 이론 용량: 이상적인 조건에서 활물질 1g이 저장·방출할 수 있는 최대 전하량(mAh/g). (↔ 가역 용량: 실제 충·방전에서 반복적으로 저장·방출 가능한 전하량) ↩︎
