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정부는 지난 2003년부터 5년간 393억원의 예산을 투입해 산·학·연 공동으로 이차전지를 연구, 개발했다. 그 결과 리튬이차전지와 슈퍼커패시터의 시제품을 선보였다.
또 지난해 ‘이차전지산업 발전전략’을 세워 오는 2015년까지 총 2,840억원을 투입해 모바일IT용, 수송용, 에너지저장용 등 3대 분야의 리튬이차전지 핵심기술을 개발, 상용화해 나갈 방침을 밝혔다.
이차전지는 기존의 타 전지에 비해 에너지 및 출력 밀도가 높아 휴대폰, 노트북 등의 핵심부품으로 사용되고 있으며 현재 하이브리드자동차(HEV)용과 에너지저장용으로 그 쓰임새가 확대되고 있는 추세다.
■ 이차전지 세계시장 규모
세계 이차전지시장은 2007년 기준으로 217억불의 규모이며 이중 리튬이차전지는 62억불, 29%를 차지하고 있다. 오는 2015년이면 전체 이차전지시장은 연평균 6%씩 성장해 390억불 시장으로 확대될 것으로 전망된다. 특히 리튬이차전지는 연평균 17%씩 고성장을 해 220억불 시장을 형성할 것으로 보인다. 지난해 이차전지시장은 일본이 50%, 우리나라는 24%, 중국 등 기타 국가가 26%를 차지하고 있다.
초창기인 박막형 리튬이차전지는 2007년 약 1,400만 달러규모지만 기술개발이 축척될 20012년이면 6억3,000만 달러, 2015년에는 56억 달러로 빠르게 성장할 것으로 예상되고 있다. 특히 박막형 리튬이차전지가 적용되는 능동형 RFID용 시장은 2006년 50만 달러 규모에서 2012년 500억 달러 규모로 성장할 것으로 예상된다.
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| ▲ 2008년 이차전지 세계시장 점유율 | ■ 이차전지 업계동향
리튬이차전지를 생산하는 주요 업체로는 2008년 시장점유율 20%로 1위인 산요와 15.6%인 삼성SDI와 소니에너지가 추격하고 있으며 BYD, LG화학, 마쯔시다 등이 뒤따르고 있다.
얼마전 파나소닉에 합병된 산요는 리튬이차전지에 있어 기술력과 생산능력에서 세계 최고를 유지하고 있다. 더욱이 니켈수소전지와 리튬이차전지에서 독보적인 위치를 확고히 하고 있으며 중국 등에 모바일 리튬이차전지 공장을 설립해 가격 경쟁력을 제고 시켰으며 폭스바겐사와 하이브리드용전지를 공동개발하고 있다.
최초로 리튬이차전지를 상용화한 소니에너지는 사업초기 각형, 원통형 전지에 치중했지만 원통형과 리튬폴리머전지로 중점 사업을 전환했다. 하지만 각형에 비해 리튬폴리머전지시장이 증가하지 않아 어려움을 겪고 있다.
삼성SDI는 2007년 9,120억원의 매출을 달성했으며 2010년까지 세계 전지시장 점유율을 24%로 끌어올린다는 목표를 설정했다. 지난해에는 독일 보쉬(Bosch)와 50:50의 합작사인 SB LiMotive를 설립해 하이브리드용 중대형 전지 개발, 생산에 본격적으로 나섰다. 또한 세계최초로 4.3V 고전압 충전이 가능한 2,800mAh 고용량 이차전지를 개발, 양산에 돌입했다. 또 한국전력과 MW급 대용량 전력저장용 이차전지 개발을 추진하고 있다.
LG화학의 경우 지난해 6월 충북 오창에 1,458억원을 투자해 이차전지 공장을 증설키로 했으며 이차전지부문에서 2012년까지 3,000억원의 매출을 기대하고 있다. 또 올해 7월 출시예정인 현대자동차의 ‘하이브리드 아반떼’에 리튬이차전지를 공급하며 미국 GM의 세계 최초 상용화 전기자동차인 ‘시보레 볼트’에 들어갈 리튬이차전지를 공급키로 했다. LG화학은 앞선 기술을 보유해 USABC(US Advanced Batery Consortium)와 함께 하이브리드용전지 개발을 위한 과제를 수주해 연구 및 개발을 진행 중에 있다.
SK에너지의 경우 지난 2004년 12월에 리튬이온전지용 분리막을 개발했으며 2010년까지 4개의 생산설비를 운영한다는 계획이다. 마쯔시다는 리튬이차전지의 공급을 위해 노트북 PC용 중심의 각형 전지 생산을 강화하고 있으며 해외로부터의 니켈수소전지 수요 요구가 늘어 월 생산량을 증가시켰다. 또한 도요타에 하이브리드용 리튬이차전지를 공급하고 있다.
이러한 리튬이차전지의 발전에 발맞춰 국내의 관련된 소재 업체도 성장을 할 것으로 보인다. 양극재 생산업체로는 한국 유미코아, 에코프로, 엘엔에프신소재, 대정화금 등이 있으며 음극재 생산업체로는 소디프신소재, 카보닉스 등이 있다. 또 전해진 생산업체로는 테크노세미켐, 제일모직 등이 있다.
■ 리튬이차전지 기술동향
기존의 타 이차전지에 비해 리튬이차전지는 핵심적인 요소인 전극재료의 질량당 에너지효율이 높아지고 있다. 향후 에너지 특성이 더욱 강화된 삼성분계 양극재나 안전성이 강화된 포스페이트계 등으로 전극재료가 발전할 것으로 전망된다.
리튬이차전지의 양극재료로 활발히 사용되고 있는 코발트계(LiCoO2)는 현재 낮은 가격 경쟁력으로 인해 삼성분계(LiNixMnyCoxO2)로 자연스럽게 대체되고 있다.
하이브리드용전지 양극재로서 출력 특성이 높은 스피넬 Mn계 양극재(LiMn2O4), 포스페이트계 양극재(LiMPO4) 등이 지속적으로 개발, 적용되고 있다.
플러그인 하이브리드(Plug-in HEV)용전지의 경우 에너지 및 안전성을 위해 고용량 삼성분계 및 Ni rich 양극재와 다른 종류의 양극재의 혼합 등이 쓰인다. 리튬이차전지의 음극재료로는 흑연계가 주로 사용되고 있으며 Si, Sn 등의 금속 물질 및 Ti산화물계(Li4Ti5O12) 등이 연구, 적용되고 있다.
현재 양극재 시장은 약 3만2,000톤 규모, 음극재 시장은 약 1만8,000톤 규모로 추산되며 향후 계속 성장할 것으로 보여진다.
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| ▲ 이차전지산업의 신성장동력화 비전 | ■ 리튬이차전지 사업동향
지난 2013년부터 2011년까지 총 635억원을 투입해 차세대전지 성장동력사업, 중장기 산업기술개발사업 등으로 이차전지 기술개발 중에 있다. 이러한 모바일 중심의 기술개발이 수송용과 에너지저장용으로 기술개발이 확산되고 있다.
초소형전지는 박막화된 리튬이차전지의 형태로 디지털융합기기용, Flexible Display용, 3.6Ah급 노트북PC용, RFID/USN 등 모바일IT용 이차전지로 발전이 가속화 되고 있다. 이를 위해 IT산업원천기술개발사업으로 연간 80억원 투입이 추진되며 특히 디지털융합기기용 이차전지는 중장기 산업기술개발사업으로 연구기획 중에 있다.
중대형 전지의 경우 HEV와 Plug-in HEV 등 수송용 이차전지로 각광을 받고 있다. 또한 로봇용과 기차, 선박 등의 전원과 에너지 저장용 등으로 사용처가 넓혀지고 있다.
현재 하이브리드용으로 주로 사용되는 니켈수소이차전지의 경우 낮은 가격이 장점이나 플러그인 하이브리드용의 전원으로는 적합하지 않아 리튬이차전지가 가장 적합하며 이에 관련된 연구개발이 추진 중에 있다.
리튬이차전지의 가격은 생산량이 증가함에 따라 가격이 매우 저렴해져 니켈수소이차전지수준으로 떨어지기 위해서는 연간 1,000unit정도의 생산이 이뤄지면 가능할 것으로 업계에서는 예상하고 있다.
한편 대형 리튬이차전지는 잠수함 등에 사용이 되고 있다. Lithium Technology Corporation(LTC)의 자회사인 GAIA에서는 대형전지용 극판 제조기술을 이용해 저가이면서도 고효율의 극판을 제조하는 기술을 보유하고 있다. 이 기술을 이용한 리튬이차전지를 잠수함에 적용하면 Air Independent Power(AIP) 없이도 기존의 잠수시간보다 약 3배정도의 잠수시간을 늘릴 수 있다. 기존의 잠수함은 잠항시간을 보완하기 위해 액체수소와 산소를 반응시켜 전기를 얻어왔으며 이를 통해 최대 1주일가량 잠수가 가능했다.
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| ▲ 지난해 11월 현대자동차는 배터리3사와 플러그인 하이브리드차용 배터리 시스템 개발과제 계약 체결했다. | ■ 앞으로 전망
정부는 중소기업의 기술지원을 위한 ‘차세대전지산업화지원센터’를 활성화하고 리튬이차전지 안전성의 시험·평가를 강화할 예정이다. 또한 부족한 전문 인력 양성을 확대하고 표준화 포럼활동을 적극적으로 추진할 계획이다.
현재 이차전지는 산업의 다양한 분야에 적용되고 있고 타 산업분야로 확산되고 있으며 이차전지시장은 리튬이차전지를 중심으로 성장할 것으로 보여진다. 특히 니켈수소이차전지가 하이브리드용전지가 주로 사용되고 있으나 2010년이 되면 리튬이차전지가 그 자리를 대체할 것으로 보여지며 이와 관련된 전지재료 및 부품 시장도 동반 성장할 것으로 전망된다. | 
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