리튬 이온 배터리의 경우 휴대전화, 노트북, 파워툴 등 IT 제품의 전원으로 사용되다가, 내연기관을 이용하는 자동차에 대한 탄소 배출량 규제 등에 의해 친환경 자동차에 적용되기 시작하면서 시장이 급성장하기 시작했다. 현재 리튬이온 배터리는 한·중· 일이 대부분 생산하고 있으며, 배터리 제조에 필요한 원료 및 소재도 시장 점유율이 높다. 국내 기업들의 경우 국내 생산기지뿐 아니라 유럽에 빨리 진출해 생산 공장을 많이 만들었고, 최근에는 IRA 등의 이유로 북미 지역에 생산 공장을 계속 건설하거나 건설계획을 발표하고 있다.
배터리를 만들기 위해서는 많은 소재가 필요하지만 4대 소재가 필수적이다. 이 중에서 양극의 경우 리튬이 반드시 필요하고, 삼원계 활물질의 경우는 니켈, 코발트, 망간 등의 원료가 필요하다. 이때 원료를 채굴하는 것부터 중간재 및 활물질을 만드는 것까지 다량의 이산화탄소가 발생하고, 또한 열처리 등으로 많은 에너지가 필요하다. 이에 최근 프랑스에서는 전기차의 생산과정에서 발생하는 탄소 배출량 및 친환경 소재 사용량에 따라 보조금을 차등 지급하는 초안을 공개했다. 이와 더불어 CRMA 등을 통해 재활용 소재 적용을 필수로 지정하고, 연도에 따라서 재활용 소재의 적용량 증가를 의무화하는 등 탄소 저감을 위한 노력을 지속하고 있다. 우리도 배터리 제조 전주기에 대한 관리가 필요하고, 새로운 법안 등에 관해 선제적인 준비가 필요하다.
리튬 이온 배터리는 상용화가 된 이후로 1회 충전 시 사용 시간 또는 이동 거리를 나타내는 에너지밀도가 계속해서 증가하였다. 특히 국내 기업의 경우 다른 소재에 비해 비용량이 높은 삼원계(NCM 또는 NCA) 양극활물질을 집중해서 개발했고, 특히 니켈의 함량을 증가시키면서 비용량을 계속해서 향상시켰다. 삼원계 양극 활물질의 경우 니켈 함량 80% 또는 그 이상까지 개발이 진행되었지만, 음극의 경우는 흑연을 기본으로 사용하되 비용량 증가를 위해 실리콘을 혼합해 사용하는 기술들이 개발되고 있다. 이는 부피 팽창에 조금 더 유리한 원통형 배터리에 먼저 적용되었으나 소량 혼합하는 수준이었다. 높은 에너지밀도를 위해서는 많은 양의 실리콘 소재 혼합이 필요하고, 이를 위해서는 부피 팽창의 문제를 극복할 수 있는 기술개발이 필요하다.
반면에 중국 기업에서는 인산철(LFP) 활물질 개발을 지속했다. 이는 삼원계 활물질에 비해 무겁고 이동거리가 적지만, 낮은 가격으로 최근 테슬라의 모델3 또는 기아차의 레이EV 등에 적용되면서 전기자동차의 저가화에 기여하고 있다. 최근에 CATL은 쉽게 구할 수 있고 저가화할 수 있기에, 중국은 리튬이 아닌 나트륨 배터리에도 많은 관심을 보이고 있으며 이와 관련된 신기술을 꾸준하게 발표하고 있다. 국내 기업들이 삼원계에서도 높은 기술력을 확보하고 있지만, 저가화 또는 다양한 신기술에 관해서도 관심을 기울이고 기술을 개발하는 노력이 필요하다.
상용화되고 있는 리튬 이온 배터리의 경우, 에너지밀도가 계속 증가해 개선 수준이 줄어들고 포화되는 특성을 보이고 있다. 상용화 수준에서 이를 극복할 수 있는 차세대 배터리에 관한 기술개발이 활발하게 진행되고 있고, 배터리 발화 등의 사고가 발생하지 않는 전고체 배터리에 관한 연구도 같이 활발하게 진행되고 있다. 특히 일본의 도요타는 시제품을 자동차에 탑재하여 기술력을 나타낸 바 있으며, 국내의 삼성 SDI는 S-line을 짓고 황화물계 전고체 배터리 pilot 생산 라인을 완공해 개발을 진행하고 있다. 차세대 배터리를 개발해 새로운 시장을 선점하려는 노력이 여러 국가에서 진행되고 있으며, 이를 위해 국가적으로 많은 정책을 발표하고 지원을 진행하고 있다. 특히 국내에서 산업부는 예타 과제를 통해 차세대 배터리 개발을 지원하고, 빠르면 2024년부터 사업화하기 위해 노력하고 있다.
전기차에서 배터리 사용량이 증가함에 따라, 사용 후 배터리에 대한 관심도 증가하고 있다. 1차로 사용한 배터리에 대해 정밀 진단을 통해 상태를 파악하고, 재제조 또는 재사용을 통해 한 번 더 활용하게 된다. 이후로 사용이 어렵다고 판단되면 재활용을 통해 원료를 확보할 수 있다. 이를 통해 배터리 제조에 필요한 소재를 만들게 된다면 탄소 저감 등 친환경에도 유리하다. 국내에서도 사용 후 배터리의 재사용 및 재활용을 활성화하기 위한 법안을 마련하고 있으며, 이를 위한 기반 구축 사업뿐만 아니라 진단 기술 등을 위한 R&D 사업을 이미 진행하고 있다.
배터리 산업 생태계의 경쟁력을 강화하기 위해 소재 기업의 투자 활성화를 추진하고 있다. 특히 투자세액공제의 경우 대기업은 8%에서 15%로, 중소기업은 15%에서 25%로 확대해서 적용하고 있다. 올해 7월에는 첨단전략산업 특화단지가 발표되었는데 배터리의 경우 4개 지역이 선정되었다. 충북 오창은 주변 기업과 함께 완성 셀에 대한 기술개발을, 전북 새만금은 리사이클링 및 핵심 광물 가공에 대한 국내 공급망 강화를 지원하고, 포항은 양극 활물질 소재 개발, 특히 삼원계 및 인산철 등 다양한 소재 개발을 지원하고, 울산은 전고체 배터리 개발 등 미래 배터리 수요에 대응할 수 있도록 지원할 예정이다.
장비 관련해서는 배터리를 소부장 핵심기술로 지정해 집중 지원할 예정으로, 첨단 제조 장비의 개발에 관해 R&D 예타 과제 추진을 준비하고 있다. 그리고 정책 펀드를 통해 유망한 장비 기업을 지원하기 위해 이차전지 혁신 펀드로 2천억 원, 중견기업 혁신 펀드로 3천억 원 규모를 준비하고 있다. 또한 배터리 관련 전문인력 양성을 위해서도 노력 중이다. 인재 확보를 위한 특별법 제정 추진을 준비하고 있고, 산학협력 기반의 계약학과를 운영하고 있다. 이뿐만 아니라 배터리 아카데미 운영을 통해 민간 주도의 인력양성 프로그램 개발 및 운영을 계획하고 있어, 이후 2030년까지 16,000명 수준의 배터리 관련 인력을 배출할 예정이다.
