LFP 배터리 그리고 삼원계 배터리 차이와 장단점?
중국의 주력 배터리는 LFP배터리이며 우리나라의 주력은 삼원계라고 하는데 이 둘의 차이는 무엇이며 각각의 장단점은 무엇인지요?
간단히 말씀드리자면 LFP 배터리는 안전성이 뛰어나며 긴 수명을 가지고 있지만 에너지 밀도가 낮고 비용이 높을 수 있습니다.
삼원계 배터리는 낮은 프로파일과 높은 에너지 밀도를 가지고 있지만 안전성과 수명이 상대적으로 낮을 수 있겠습니다.
ㅇ중국의 주력 배터리는 LFP 배터리이고, 우리나라의 주력은 삼원계 배터리라고 하는데, 이 둘의 차이가 무엇인지, 그리고 각각의 장단점에 대해 설명드릴게요.
LFP 배터리는 리튬 인산 철(Lithium Iron Phosphate) 배터리를 의미해요. 삼원계 배터리는 니켈-코발트-망간(NCM)이나 니켈-코발트-알루미늄(NCA)을 사용하는 배터리를 말합니다.
LFP 배터리는 안정성이 뛰어난데, 이는 구조적으로 열적 안전성이 높기 때문이에요. 높은 온도에서도 안정적으로 작동하고, 화재나 폭발 위험이 적습니다. 또한, 수명이 길고, 충방전 사이클이 많아 오랜 기간 사용해도 성능 저하가 적습니다. 가격도 상대적으로 저렴해서, 대량 생산에 유리하죠. 그러나 에너지 밀도가 낮아 한 번 충전으로 주행할 수 있는 거리가 삼원계 배터리에 비해 짧다는 단점이 있어요.
반면, 삼원계 배터리는 에너지 밀도가 높아 한 번 충전으로 더 먼 거리를 주행할 수 있어요. 이는 전기차의 주행 거리 측면에서 큰 장점이죠. 또한, 출력 특성이 좋아 고성능 전기차에 적합합니다. 하지만 안정성 면에서는 LFP 배터리보다 낮아 고온 환경에서 화재나 폭발 위험이 상대적으로 크고, 비용도 더 높습니다. 수명 역시 LFP 배터리보다는 짧은 편이에요.
요약하면, LFP 배터리는 안전하고 수명이 길며 가격이 저렴하지만, 에너지 밀도가 낮아 주행 거리가 짧다는 단점이 있어요. 삼원계 배터리는 에너지 밀도가 높고 출력 특성이 뛰어나지만, 안정성이 상대적으로 낮고 비용이 높다는 단점이 있죠. 각 배터리의 특성과 장단점을 고려해 전기차의 용도와 요구사항에 맞게 선택하는 것이 중요해요.
삼원계 배터리는 니켈, 코발트, 망간 or 니켈, 코발트, 알루미늄 조합으로 삼원계가 구성되며, 원소의 이름을 따서 각각 NCM과 NCA로 불립니다. LFP 배터리는 리튬과 인산철을 이용, 즉 2가지로 이루어져 있습니다.
삼원계 배터리의 강점은 니켈 함량에 따라 에너지 밀도가 높아지는 것입니다. 따라서 에너지 밀도가 높아지면 충전을 더 많이 할 수 있고, 이는 전기차의 주행거리를 좌우합니다. 또한 삼원계가 LFP 대비 무게도 가볍습니다. 그래서 대용량 배터리에 적용시 삼원계가 더 가벼워서 좋습니다. 삼원계 배터리의 단점은 높은 가격과 낮은 안정성 입니다. 주요 소재인 코발트의 매장량이 전세계적으로 적은 반면, 전기차 수요가 급증해서 요새는 니켈 함량을 80~90% 늘린 하이니켈 배터리를 이용하지만 니켈도 희귀 금속에 속하므로 가격적인 측면에서의 문제는 여전합니다. 또, 삼원계 양극재는 LFP 배터리 대비 화학적 구조가 불안정해 충격이나 고온 상황에서 열폭주 가능성이 높습니다.
LFP의 강점은 아무래도 가격입니다. 핵심 소재인 철의 매장량이 지구상에 풍부하고 삼원계 대비 가격이 30% 이상 저렴합니다. 리튬인산철이 크리스탈의 형태인 육면체들이 격자 구조로 연결되어 있어서 화학적으로도 안정적입니다. 이로 인해 화재 위험성은 낮고, 수명도 긴 편입니다. LFP의 단점은 에너지 밀도가 낮고 무게가 무겁다는 것입니다. 따라서 충전량이 적고, 전기차의 주행거리가 낮아집니다.