현재 전기차 등 다양한 분야에 사용되며 우리의 삶을 편리하게 만들어준 2차 전지는 바로 리튬이온배터리입니다. 리튬이온배터리는 리튬의 화학 반응을 이용한 것으로, 충방전 시 리튬 이온과 전자가 양극과 음극을 이동하며 전기 에너지가 발생시키는데요. 이 리튬이온배터리도 양극재를 어떤 물질로 구성하느냐에 따라 삼원계 배터리, 사원계 배터리, LFP 배터리 등으로 구분됩니다. 그런데 최근에는 코발트, 니켈 등의 원자재 비용이 치솟으면서 이들을 사용하지 않아 저렴하게 제조할 수 있는 LFP 배터리가 재조명을 받고 있습니다.
리튬이온배터리의 양극재를 니켈, 코발트, 망가니즈, 알루미늄 등 3~4개의 비철금속으로 구성한 경우 삼원계 혹은 사원계 배터리가 됩니다. 이렇듯 삼원계, 사원계 배터리가 리튬코발트산화물(LCO) 양극재를 기본으로 한다면, LFP 배터리는 코발트 대신 인산철을 넣어 LFPO(LiFePO4)로 양극재를 구성합니다.
LFP 배터리는 가격이 저렴하다는 점 외에도 안정성이 높다는 장점이 있습니다. LFP 배터리에 들어가는 리튬인산철(LiFePO4)은 크리스털 형태의 육면체들이 서로 유기적으로 연결된 격자 구조인 ‘올리빈 구조’를 가지고 있어 매우 안정적인데요. 따라서 과충전 또는 과방전으로 인한 화재 위험이 낮으며, 배터리 셀이 열화되는 현상도 적어 배터리 수명도 긴 편입니다.
하지만 LFP 배터리는 그간 삼원계 배터리보다 성능이 낮은 것으로 평가되었는데요. 가격이 저렴하고 안정성이 높지만 무게가 무겁고 에너지 밀도가 낮아 전기차에 적용할 경우 주행 거리 확보에 불리했기 때문입니다. 예를 들어 한 전기차의 경우 삼원계(NCA) 배터리를 탑재한 모델이 1회 충전 시 최대 주행거리가 423km인데 비해 LFP 배터리를 탑재한 모델은 1회 충전 시 최대 주행거리가 407km 수준에 그치기도 했습니다.
최근에는 LFP 배터리의 에너지 밀도 한계를 보완하기 위해 다양한 연구가 진행 중입니다. 배터리 업계에서는 LFP 배터리와 삼-사원계 배터리 중 어느 쪽이 시장의 우위를 점할지 여러 가지 예측과 의견이 나오고 있는 상황입니다. 한편 LFP 배터리와 삼-사원계 배터리가 각기 다른 장단점으로 사용되는 분야가 분리되며 시장에서 공존할 것이라 보는 의견도 존재하는데요. 여러분의 생각은 어떠신가요?