용어사전

삼원계 배터리

[Ternary Lithium-ion Battery, NMC batteries]

삼원계 배터리는 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 등 세 가지 금속을 조합한 양극재를 사용하는 리튬이온 2차전지다. 대표적으로 NCM(Nickel-Cobalt-Manganese) 계열이 있으며, 높은 에너지 밀도를 바탕으로 장거리·고성능 전기자동차 등에 주로 사용된다.

삼원계 배터리의 대표적인 양극재인 NCM은 리튬·니켈·코발트·망간 산화물로 구성된다. 일반적으로 니켈 함량을 높이면 에너지 밀도와 주행거리를 향상시킬 수 있고, 코발트는 구조적 안정성과 수명 유지에, 망간은 안정성과 비용 절감 등에 기여한다.

초기에는 니켈·코발트·망간의 비율이 1:1:1인 NCM111이 널리 사용됐으나 이후 NCM523, NCM622, NCM811 등으로 니켈 비중을 높이는 고니켈(High-Nickel) 기술이 발전했다. 최근에는 니켈 비중을 90% 이상으로 높이면서 코발트 사용량을 줄이는 초고니켈 양극재 개발도 진행되고 있다.

삼원계 배터리는 리튬인산철(LFP) 배터리에 비해 에너지 밀도가 높아 같은 무게와 부피에서 더 많은 에너지를 저장할 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다. 이에 따라 긴 주행거리와 높은 출력이 요구되는 중·대형 및 고성능 전기차에서 경쟁력을 갖는다. 반면 니켈과 코발트 가격 및 공급망의 영향을 많이 받고 LFP보다 열적 안정성 확보가 어렵다는 단점이 있다.

이를 개선하기 위해 배터리 업계에서는 고니켈화와 함께 코발트 사용량을 줄이는 기술, 단결정(Single Crystal) 양극재, 열 안정성 향상 기술 등을 개발하고 있다. 한편 니켈·코발트·알루미늄을 사용하는 NCA(Nickel-Cobalt-Aluminum)도 높은 에너지 밀도를 갖는 대표적인 삼원계 양극재로 분류된다.

2020년대 들어 LFP 배터리가 가격과 안전성을 앞세워 보급형 전기차와 ESS 시장에서 빠르게 성장하면서 삼원계 배터리와 시장을 양분하는 구조가 형성되고 있다. 삼원계는 상대적으로 높은 에너지 밀도가 필요한 장거리·고성능 전기차에서, LFP는 가격·수명·안전성이 중요한 보급형 전기차와 ESS에서 강점을 보인다.

2026년 현재 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 한국 배터리 기업들은 고니켈 NCM·NCA 계열 배터리에 높은 기술력을 보유하고 있으며 북미·유럽 시장을 중심으로 사업을 전개하고 있다. 다만 세계 EV 배터리 시장에서는 중국 CATL과 BYD의 점유율이 크게 확대되면서 한국 기업들도 기존 삼원계 중심 전략에서 LFP·ESS 등으로 제품군을 다변화하고 있다. 2026년 1~4월 중국을 제외한 세계 EV 배터리 시장에서도 한국 3사의 합산 점유율은 28.7%로 전년 동기보다 8.5%포인트 하락했다.

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  중국 정부가 니켈카드뮴망간(NCM) 등 삼원계 배터리에 대해 안전성 평가에서 “문제가 있다”는 결론을 내리고, 안전성을 원점부터 재검토하기 위한 새 기준을 마련하기로 했다. 세계적 평가기관이 모두 안전하다고 평가한 삼원계 배터리에 대해 올초 “안전성에 문제가 있다”며 보조금을 끊은 뒤 한국 정부가 항의하자 새롭게 내세운 후속조치다. “새 기준을 만들어 공정하게 심사하겠다”는 게 중국 정부의 주장이지만, 자국 업체들이 기술을 개발할 수 있도록 시간을 끌기 위한 조치라는 게 업계의 분석이다. 19일 업계에 따르면 중국 공업정보화부는 “일부 삼원계 배터리의 안전성에 문제가 있는 것으로 드러나 새로운 기준 마련이 필요하다”는 결론을 내리고 이를 국무원에 보고했다. 삼원계 배터리에 대한 안전성 평가 작업은 중국 정부가 올해 초 삼원계 배터리를 장착한 전기버스에는 보조금을 지급하지 않기로 한 것을 계기로 시작됐다. “삼원계 방식에 쓰이는 양극재는 낮은 발화점 때문에 화재 위험이 커 버스에는 부적합하다”는 것이 이유였다. 중국 정부는 자국 배터리 업체들이 주로 생산하는 리튬인산철(LFP)방식 배터리에는 보조금을 계속 지급하기로 했다. 지난해 중국에 수천억원을 들여 삼원계 배터리 공장을 완공한 LG화학과 삼성SDI는 당혹해 했다. 한국 정부도 대응에 나섰다. 지난 3월 중국을 방문한 주형환 산업통상자원부 장관이 마오웨이 중국 공업정보화부 장관에게 “이른 시일 안에 보조금 지급을 재개해 달라”고 요청하자, 마오 장관은 “안전성 평가 결과를 이르면 4월에 내놓겠다”고 답변했다. LG화학과 삼성SDI 등은 중국 정부가 일정 수준의 기술력을 갖춘 삼원계 배터리에 대해서는 안전성에 문제가 없다는 결론을 내려줄 것을 기대해 왔다. 하지만 이 같은 기대는 물거품이 됐다. 공업정보화부는 삼원계 배터리에 대한 새로운 안전성 기준 마련 작업에 나설 계획이다. LG화학과 삼성SDI는 이 작업이 마무리될 때까지는 중국 전기버스 업체에 배터리를 납품하기가 사실상 어렵게 됐다. 중국은 전기버스값의 최대 80%를 보조금으로 주고 있어서다. 중국 전기차 배터리 시장에서 전기버스는 약 40%를 차지한다. 문제는 새로운 안전성 기준 마련 작업이 언제 완료될지 불투명하다는 점이다. 업계에서는 중국 정부가 자국 배터리 업체들이 경쟁력을 확보할 때까지 시간을 벌어주기 위해 새 안전성 기준 마련 작업을 차일피일 미룰 수 있다는 우려도 나오고 있다. ■ 삼원계 배터리 리튬이온배터리는 양극재, 음극재, 분리막 등으로 구성된다. 이 중 니켈·카드뮴·망간 등 세 가지 물질을 섞어서 양극재를 만들면 삼원계 배터리, 리튬인산철을 쓰면 LFP 배터리로 불린다. 삼원계 배터리는 LFP에 비해 에너지밀도가 높아 더 앞선 기술로 분류된다. 세계시장 점유율도 삼원계가 93%, LFP는 7%다. 베이징=김동윤 특파원/남윤선 기자 oasis93@hankyung.com

  2016-07-20