용어사전

삼원계 배터리

[Ternary batteries, NMC batteries]

삼원계 배터리는 리튬이온 배터리의 한 종류로, 양극재에 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 세 가지 금속을 조합해 만든 배터리를 말한다.
이 배터리는 **리튬 니켈 망간 코발트 산화물(LiNiMnCoO₂)**이라는 화학 구조를 가지고 있으며, 영어 약어로 NCM 또는 NMC 배터리라고도 불린다.

에너지 밀도가 높아 한 번 충전으로 더 긴 주행거리를 확보할 수 있어, 전기차(EV)와 에너지저장장치(ESS) 등에서 널리 사용되고 있다.

삼원계 배터리는 금속 원소의 조합 비율에 따라 성능이 달라진다. 초기에는 니켈, 코발트, 망간을 1:1:1로 혼합한 NCM111이 주로 사용되었으나, 이후 니켈 비중을 높이고 코발트를 줄인 NCM 523 (니켈 50%, 코발트 20%, 망간 30%), NCM 622(니켈 60%, 코발트 20%, 망간 20%), NCM 811 (니켈 80%, 코발트 10%, 망간 10%)등 고성능 배터리로 진화해왔다.

니켈은 높은 에너지 밀도를 제공하여 전기차의 주행거리를 늘려주는 역할을 하고, 코발트는 출력 안정성과 배터리 수명 유지에 기여하며, 망간은 구조적 안정성과 저비용을 위한 금속으로 기능한다.

삼원계 배터리의 가장 큰 장점은 높은 에너지 저장 효율이다. 같은 크기의 배터리 셀에서 더 많은 전력을 저장할 수 있어, 장거리 주행이 필요한 전기차에 특히 적합하다.

하지만 코발트의 높은 가격과 공급 불안정성, 그리고 높은 온도에서의 안정성 문제는 단점으로 지적되어 왔다. 실제로 일부 배터리 화재 사고의 원인으로 삼원계 배터리의 구조적 특성이 언급된 바 있으며, 이에 따라 배터리 안정성을 높이기 위한 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.

2020년대 들어서는 **니켈 비중을 더욱 높이고 코발트 사용을 줄인 고니켈 배터리(NCM 811 등)**가 주류로 떠오르고 있으며, 이를 통해 비용 절감과 성능 향상을 동시에 추구하고 있다.
다만 니켈 역시 고가 원소로 가격 변동성이 크고, 고함량일수록 발열·화재 가능성도 커질 수 있기 때문에, 열 안정성과 수명 관리를 위한 배터리 관리 기술(BMS) 또한 중요해지고 있다.

현재 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 한국 배터리 3사는 이 삼원계 배터리 기술 분야에서 세계적인 경쟁력을 보유하고 있으며, 미국과 유럽의 완성차 업체들과 협력하여 고성능 전기차용 배터리 시장을 선도하고 있다.

관련어

• 참조어리튬이온전지, 코발트, 양극재, 리튬인산철 배터리, NCM양극재

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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