[EV 트랜드] 중국 인산철 배터리의 역습...기술 혁신으로 NCM 위협

2023.10.04. 11:07:05

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BYD Atto 3's LFP Blade battery

[오토헤럴드=김흥식 기자] BYD(Build Your Dreams)는 중국 자동차 브랜드다. 동시에 CATL, 엘지엔솔에 이은 세계 3대 이차전지 생산 업체다. 일본 기술을 베껴 휴대전화 배터리 생산하던 BYD는 2003년 시안진촨자동차(西安銀川汽車)를 인수해 자동차 제조업을 시작했다.

그리고 불과 20년 만에 세계 최대 자동차 시장 중국의 3대 브랜드이자 전기차 1위 기업으로 성장했다. BYD가 처음 만든 자동차는 전기차가 아니다. 4000달러(약 540만 원)부터 시작하는 저렴한 내연기관차가 시작이었다.

BYD 전기차가 등장한 건 2008년(F3DM), 그러나 흥행에는 성공하지 못했다. 내연기관에 전기 모터를 탑재한 F3DM은 같은 내연기관차보다 3배나 비싼 가격에도 전기 모드 주행 거리는 고작 60km에 불과했다. F3DM에 탑재한 리튬 인산철(LFP, Lithium Iron Phosphate) 양극재 배터리의 단점이 드러난 셈이다.

덕분에 한국이 주도하는 NCM 양극재 점유율이 빠르게 상승했다. NCM 배터리는 에너지 밀도에서 분명한 장점을 갖고 있었지만 가격이 높고 코발트와 망간 희귀 광물이 가격 변동 그리고 안정적 공급에 한계가 있다. 특히 화재가 자주 발생하면서 안전에 취약하다는 지적을 받았다.

BYD는 따라서 NCM 배터리 대비 상대적으로 안전하고 저렴한 LFP의 에너지 밀도를 높여 주행 거리를 늘리면 전세를 역전할 수 있을 것으로 봤다. 그리고 2016년 3월에 공개한 BYD의 첫 순수 전기차 '친(秦) EV300'은 LFP로 300km를 달렸다.

중국 정부의 전폭적인 지원 덕분에 친 EV300의 소비자 가격은 1만 7000달러(약 2300만 원)에 불과했다. 중국은 물론 전 세계 전기차 시장에서 BYD 그리고 LFP 배터리에 관심이 쏠리기 시작한 것도 이때 부터다. BYD는 올해 7월까지 LFP 배터리를 탑재한 순수 전기차와 플러그인 하이브리드 155만 여대를 팔아 글로벌 1위를 기록 중이다.

BYD가 주도한 LFP 배터리는 이제 NCM 배터리와 시장 점유율을 다툴 정도로 기술적 발전을 했다. 현대차와 기아 등 국내 업체는 물론, 메르세데스 벤츠와 폭스바겐 등 독일 브랜드, 테슬라와 지엠, 포드 등 미국 브랜드 그리고 볼보도 LFP 배터리를 쓰고 있다.

LFP 배터리가 급성장한 배경은 안정적 공급이 가능하고 코발트와 망간 등에 비해 가격이 저렴한 철을 기반으로 한다는 것에 있다. 그뿐만 아니라 열화현상이 적어 수명이 길다는 장점도 있다. 폭발과 화재 위험성도 NCM 배터리에 비해 현저하게 낮은 것으로 알려져 있다.

LFP 배터리는 중량당 에너지밀도가 낮아 무겁고 주행거리가 짧아 전기차 용도로 적합하지 않다는 단점을 어떻게 극복했을까. 해답은 BYD의 블레이드 배터리(Blade Battery)에서 찾을 수 있다.

블레이드 배터리는 배터리 셀을 칼날(Blade)처럼 생긴 길고 평평한 모양으로 제작하고 모듈이라는 중간 과정을 없애고 배터리팩에 바로 담는 CTP(Cell-to-Pack) 기술로 공간을 절약하고 중량을 최소화한 배터리다.

에너지 밀도가 NCM 배터리보다 상대적으로 낮은 한계를 극복하기 위해 더 많은 배터리를 넣을 수 있는 공간을 추가로 확보해 주행거리를 향상했다. 가장 최근 국내에서 출시한 KG모빌리티 '토레스 EVX'가 73.4kWh 용량의 LFP 배터리로 433km의 주행 거리를 달성한 것도 블레이드 배터리 기술로 가능했다.

비슷한 체급의 현대차 아이오닉 5가 77.4kWh 용량의 NCM 배터리로 458km의 주행 거리를 갖고 있는 것과 비교하면 쉽게 이해할 수 있다. 토레스 EVX는 또 BYD 블레이드 배터리로 시작 가격을 4750만 원으로 낮췄다. 아이오닉 5와 비교하면 300만 원가량 저렴하다.

BYD는 가장 엄격한 배터리 내구성 시험으로 알려진 못 관통 테스트를 통해 블레이드 배터리의 안전성도 입증했다. 못이 관통하는 순간 NCM 배터리는 격렬한 폭발과 함께 화재가 발생했지만 블레이드 배터리는 화염이나 연기 등 어떠한 현상도 발생하지 않았다.

46톤 무게의 트럭이 배터리 위를 밟고 지나가는 압축 시험이나, 오븐에 넣어 섭씨 300도까지 가열해 보는 발화 시험 등의 극한의 테스트에서도 블레이드 배터리는 화재나 폭발로 이어지지 않았다.

BYD 코리아 관계자는 "요즘 자주 발생하는 전기차 화재에서 상대적으로 안전하고 배터리 공급망, 가격 등 다양한 측면의 장점을 가진 것이 LFP 배터리"라고 말했다.

BYD의 기술 혁신은 아직도 진행형이다. CTP(Cell-to-Pack)에서 한 발 더 나가 개발한 배터리 시스템을 차체 전체와 통합하는 CTB(Cell-to-Body) 기술로 중대형 그리고 럭셔리카에도 LFP 배터리를 탑재하는 목표를 갖고 있다.

한국이 주도하는 NCM 배터리와 중국 LFP 배터리 경쟁이 한층 뜨거워 지는 가운데 최후의 승자는 누가 될 것인지 지켜볼 일이다.

김흥식 기자/reporter@autoherald.co.kr