[에너지데일리 변국영 기자]
최근 글로벌 자동차업체 테슬라가 2018년까지 연간 50만대의 전기차를 생산하겠다는 야심찬 계획을 발표하면서 고용량·고에너지밀도의 이차전지 개발에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데 이차전기의 핵심부품소재인 ‘양극활물질’에 대한 기술개발이 활발히 이뤄지고 있다.
특허청에 따르면 리튬이차전지의 양극활물질 제조(합성)에 관련된 특허출원건수는 지난 1997년부터 현재까지 총 216건으로 2008년 이후부터 서서히 증가해 2014년에는 45건이 특허등록한 것으로 나타났다.
양극활물질을 금속염의 구성성분(결정구조)에 따라 살펴보면 층상 구조의 LCO계 5.1%(11건), NCM계 30.1%(65건), NCA계 5.1%(11건)이고 스피넬 구조의 LMO계 16.2%(35건), 올리빈 구조의 LFP계 27.8%(60건), 기타 리튬계 15.7%(34건)으로 구분할 수 있다.
LCO계는 상업화 초기부터 광범위하게 사용돼 왔으나 주합성 재료인 코발트가 고가이고 매장량이 한정돼 있기 때문에 신규개발은 정체돼 출원건수는 미약하다. 상대적으로 가격과 안전성이 우수한 NCM계는 전기차 시장 확대와 함께 그 대체재료로 개발돼 증가하고 있다. LFP계는 올리빈 구조의 화학적 특성 때문에 과열·과충전 상황에서도 안전성이 뛰어나고 수명특성도 우수해 2010년 이후부터는 가장 주목받고 있는 소재다.
국가별로는 한국(133건, 61.6%)과 일본(79건, 36.6%)이 주를 이루고 있으며 기업별로도 ▲LG화학(59건, 27.3%) ▲삼성SDI 등의 삼성계열(28건, 13%) ▲스미토모(17건, 7.9%) ▲미쓰이(11건, 5.1%)순으로 집계됐다.
소재 국산화가 시작되면서 2010년 이후부터는 전체 출원건수에서도 일본을 넘어섰다. 일본은 아직까지도 NCM계에 치중하고 있는 반면에 한국은 고용량화, 저가격화 및 대형화를 만족시킬 수 있는 최적의 소재인 LFP계와 NCM계 모두에 관심을 가지고 출원하고 있다.
특허청 관계자는 “기존 모바일 IT 중심의 시장에서 전기차와 에너지저장장치용 이차전지 등 중대형 중심으로 시장이 확대되고 있어 새롭고 우수한 특성을 가진 양극소재의 원천특허 확보가 필요하다”며 “특히 더 싸고 오래가며 안전한 리튬이차전지를 개발하기 위해서는 4대 소재 중 양극활물질이 가장 핵심이므로 향후 수요·공급기업간의 협력을 긴밀하게 유지하면서 일본기업과 경쟁할 수 있는 튼튼한 기초소재기술을 지속적으로 확보할 필요가 있다”고 말했다.
