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전기차의 부품 중 배터리는 전기차 가격의 약 40% 이상을 차지하고 있습니다. 리튬은 이차 전지에 쓰이는 핵심 광물 자원으로 전기차 배터리 제조에 필요한 주요 광물이기에 전 세계적으로 수요에 따른 관심과 자원 확보에 치열한 경쟁을 하고 있는 광물입니다.
리튬의 성질은?
① 알칼리 금속이고 가장 밀도가 낮은 금속 원소이며 상온에서 고체인 원소입니다.
② 리튬 덩어리를 물에 넣으면 폭발적으로 반응합니다. 알칼리 금속은 물이나 산소와 빠르게 반응하기 때문에 물이나 산소와의 접촉을 피하는 것이 중요하며 보관 방법도 석유나 액체 파라핀에 넣어서 보관합니다.
③ 리튬의 불꽃색은 짙은 빨간색입니다.
④ 무게 대비 전기 전도성이 가장 높은 원소입니다.
⑤ 가격이 비싸고 높은 반응성으로 인해 전기 전도성이 높음에도 불구하고 전선으로 이용되고 있지 않습니다.
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세계 리튬 매장량 주요 국가
❶ 볼리비아 2,100만톤
❷ 아르헨티나 2,000만톤
❸ 칠레 1,100만톤
❹ 미국 1,200만톤
❺ 호주 790만톤
❻ 유럽 592만톤
❼ 기타 중남미 331만톤
❽ 기타 중남미외 1,007만톤
❾ 총 합계 9,800만톤
(참조: 2022 미국 지질 조사국 자료)
석유가 중동 즉 세계 특정 지역에 편중되어 있듯이 리튬은 주로 중남미 지역에 많이 매장 되어 있습니다. 특정 지역에 집중되어 있다는 것은 특정 품목의 지역 경제 공동체를 만들어 그들의 자원을 보호하며 그 자원을 무기로 가격 결정 등 권리를 과도하게 행사할 수도 있습니다.
중국이 주도하는 배터리 광물 시장
중국이 광물 시장을 주도하는 방법은 세계 각지에서 원광석을 수입하여 제련 및 가공한 후 다시 수출하는 방식의 전략을 구축하여 운영하고 있습니다.
예를 들면 리듐의 경우 중국의 생산 비율이 16% 정도이지만, 제련 및 가공 단계에서는 점유율이 65%까지 높아진다고 합니다. 코발트의 경우 70%, 망간의 경우 90%에 달한다고 하니 사실상 배터리 광물 시장을 주도한다고 할 수 있습니다.
한국을 예를 들면
배터리 원재료의 중국 수입 비율은 (2022년 1~7월 기준)
[전구체: 98%] [흑연: 91%] [코발트 90%] [리튬64%] [망간 30%] [니켈 5%]
(참조: 한국무역협회, 전지협회)
리튬이 중요한 이유
1) 전구체: 니켈+코발트+ 망간을 혼합한 가루를 말합니다. 여기에 리튬을 더하면 양극재가 됩니다.
2) 양극재: 배터리의 용량과 전압을 결정하는 중요한 요소입니다.
3) 배터리 4대 핵심 소재는 : 양극재, 음극재, 분리막, 전해액입니다.
NCM계 배터리와 LFP 배터리
LFP 배터리 (중국이 생산하는 배터리)
⑴ 1회 충전 대비 주행할 수 있는 거리가 짧다.
⑵ 철 성분의 함유로 폭발 위험이 적다.
⑶ 가격이 저렴하다.
NCM계 배터리 (한국의 주력 배터리)
⑴ 높은 에너지 밀도를 가지고 있다.
⑵ 충전 속도가 높다.
⑶ 겨울철에 효율성이 좋다.
⑷ 화재의 위험성 (열폭주 현상을 방지하는 데 한계가 존재한다)
⑸ 원가가 높다.
전고체 배터리
배터리의 전해질을 액체에서 고체로 대체한 배터리를 말합니다.
배터리의 기술력은 무엇으로 말할 수 있을까?
⑴ 짧은 충전 시간으로 긴 거리를 주행할 수 있어야 한다.
⑵ 안정성 - 배터리 화재 발생 시 초기 진압이 수월해야 한다.
전고체배터리 (All Solid Battery)의 장·단점
⑴ 높은 에너지 밀도를 가지고 있다.
⑵ 충전 속도가 높다.
⑶ 발화 가능성이 낮고 충격에 의한 누액의 위험이 적어 상대적으로 안정성이 높다
⑷ 온도와 무관하게 성능을 유지한다.
⑸ 대용량을 구현할 수 있다.
⑹ 원가가 높다
전고체배터리 (All Solid Battery)에 대한 특허 보유 상위기업
⓵ 도요타 (일본)
⓶ 엘지에너지솔루션 (한국)
⓷ 파라소닉 (일본)
⓸ 후지필림 (일본)
⓹ 삼성전자 (한국)
⓺ 현대자동차 (한국)
⓻ 무라타제작소 (일본)
⓼ 혼다모터스 (일본)
⓽ 티디케이 (일본)
⓾ 코닝 (미국)
(출처: 윕스, 2015년~2022년 기준, 주용 5개국 포함 15개국 대상)
참조: 전기차 배터리의 쟁업과 현황