이런 기능들을 뒷받침해주는 전지의 사용시간이 길지 않다는 것. 이를 해결하기 위해 국내 리튬 2차전지 제조사들은 고용량 전지 기술개발에 적극적인 투자를 하고 있지만 가장 큰 문제점인 안전성은 아직 미해결 과제로 남아있다.

이런 가운데 최근 소니의 원통형 전지를 사용한 델 노트북PC의 폭발사고는 안전성 문제에 경각심을 불러일으키고 있다.

다만 일본이 주도해온 이 시장에서 삼성SDI, LG화학 등 한국 업체들이 도약의 발판을 마련할 것인지가 또 다른 화두로 떠오르고 있다.

먼저 리튬 2차전지의 개발 현황부터 살펴보자. 개발 진행 중인 리튬 2차전지 중에서 기본적으로 용량 증가를 주도하는 기종은 원통형 18650셀이다.

이 기종은 노트북PC에 집중적으로 사용되며 매년 5~10% 이상의 용량 증가를 주도하고 있다.

올해 현재 용량이 2600mAh까지 증가해 93년(1200mAh)에 비해 비약적인 증가를 보였다.

원통형 전지 기종은 한국이 일본 회사들에 비해 우위를 점하고 있는 유일한 분야이고 2008년에는 2800mAh 전지 양산이 가능하다고 판단된다.

하지만 이 전지는 기존 음극이나 양극 물질을 그대로 사용하고 충전 전압대를 4.2V에서 4.4V로 올려야 사용이 가능하지만 현재 고온 및 안전성 문제를 해결하기 어려운 실정이다.

이후 새로운 고용량 소재를 채용한 3000mAh급 이상의 전지가 개발될 것으로 기대된다.

일본과 한국 제품 품질을 비교하면 원통형의 경우 일본의 100% 수준에 도달했고 각형의 경우에는 95% 수준까지 온 것으로 판단된다.

특히 최근에는 이동통신기기별로 요구 특성이 달라져 전지 종류도 다양화되고 있는 실정이다.

리튬 2차전지의 가장 큰 수요처는 휴대전화와 노트북PC이지만 최근 전동공구를 시작으로 시장이 급팽창하고 있다.

전동공구의 경우에는 기존에는 니켈카드뮴(Ni-Cd) 전지를 사용했으나 환경오염, 무게, 사용시간 등의 문제로 리튬이온(Li-Ion)을 활용하기 시작해 2009년 이후에는 위의 두 제품 다음으로 큰 시장을 형성할 것으로 예상된다.

이와 같은 전동용 공구에는 현재 휴대전화 및 노트북PC에 사용되는 리튬코발트옥사이드(LiCoO2)는 사용할 수 없으며, 안전성이 월등히 뛰어난 리튬이망간사산화물(LiMn2O4) 스피넬계가 주로 사용되고 있다.

■ 전동공구도 리튬이온으로 교체 중 ■ 소형 시장과는 별도로 대형 시장은 하이브리드카(HEV)용 전지가 주도하고 있다.

현재는 니켈수소(Ni-MH) 전지가 이 시장을 주도하고 있지만 2010년 이후에는 리튬이온 전지의 가격이 니켈수소 전지와 비슷해진다고 예측하기 때문에 급속한 성장이 예상된다.

이 제품 적용을 위해 LG화학, 삼성SDI, SK에서는 기술개발을 서두르고 있으나 이미 제품으로 판매되는 일본과 비교하면 걸음마 수준에 불과하고 기술격차 는 2년 이상 벌어져 있어 대대적인 개발투자 및 연구가 필요한 실정이다.

그렇다면 전극 소재는 어디까지 개발되고 있나. 전극 소재는 양극 및 음극 소재를 일컫는 말로 전지 원가의 40% 이상을 차지하는 매우 중요한 소재다.

2004년까지만 해도 한국은 유미코어만 리튬코발트옥사이드를 양산해 국내 제조상에 독과점 방식으로 공급해왔으나 최근에는 엘앤에프신소재 등이 고품질 저가의 리튬코발트옥사이드 양산에 성공함으로써 국내 1000억원 소재 시장에 뛰어들었다.

문제는 현재 사용 중인 리튬코발트옥사이드를 제외한 다른 고용량계 또는 고출력용 양극 소재의 개발은 일본에 비해 기술력이 다소 열세라는 점이다.

특히 기존 리튬코발트옥사이드보다 저가이면서 고출력 특성이 우수해 HEV용 전지의 양극 소재로 각광받고 있는 스피넬계 양극 소재는 아직 국내에서는 양산되지 않는 실정이다.

하지만 휘닉스PDE는 고출력 양극소재 사업의 신규 참여를 적극 검토하고 있어 2년 내로 가시적인 성과가 기대된다.

스피넬과 가격이 비슷하면서 안전성이 뛰어난 리튬철인산염 음극소재(LiFePO4)는 전동용 공구들에 적용하기 위해 기술이 개발되고 있다.

문제는 올해 말 한국 전지의 전 세계 시장점유율은 30%에 육박할 것으로 보이지만 차세대 핵심소재 재료는 아직 100% 일본에 의존하는 기형적인 모습이다.

음극 소재의 경우에는 올해부터 소디프신소재에서 천연 흑연 양산화에 성공해 국내 전지업체에 공급하면서 일본 제품들과 경쟁하고 있다.

하지만 차세대 음극 소재인 고용량 금속계 물질은 아직 일본에 비해 기술적으로 1년 정도 열세다.

차세대 음극 소재는 현재 사용되는 흑연계보다 용량이 2배 이상 많은 장점이 있기 때문에 고용량 전지 개발을 위해서는 필수적이다.

현재 산업자원부 주관 하에 차세대 성장동력 과제로 지정해 산학연 컨소시엄 형태로 개발을 진행하고 있는 실정이다.

하지만 일본에 비해 양산 기술을 확보하고 있는 회사가 없어 보다 적극적인 기술투자가 필요하다.

■ 원통형은 일본산보다 품질 우수 평가 ■ 그렇다면 국내 전지회사들의 기술 수준은 어떨까. 국내에서는 1995년 리튬이온 전지 개발을 시작해 그동안 급성장해왔다.

특히 LG화학, 삼성SDI, SKME는 모두 상당한 내부거래시장(Captive Market)을 가지고 있었기 때문에 급속한 성장의 원동력이 됐다.

삼성SDI의 원통전지(18650기종)는 일본보다 성능이 우수하다고 알려져 있다.

이는 삼성SDI가 95년 기술 개발 초기부터 원통형으로 독자기술 확보를 통해 상당한 노하우를 가지고 있기 때문에 가능한 것이다.

또한 전지 소재의 국산화에 앞장 서 국내 최초로 양극 활물질 및 음극 활물질인 리튬코발트옥사이드 천연 흑연을 각각 자사 제품에 적용했다.

특히 지난 9월에는 2차전지 사업부문에서 충남 천안공장에서 생산하는 리튬이온 전지가 단일공장으로는 세계 최초로 월 생산량 3400만셀을 달성했다.

삼성SDI는 5~6년 전 일본 업체들이 세계 시장의 95% 이상을 독점하고 있던 2차 전지 시장에 후발업체로 뛰어들어 지난해 국내 2차전지 기업으로는 최초로 연 흑자를 달성하고, 세계 톱3에 진입하는 등 2차전지의 주요 기업으로 급부상했다.

리튬이온 2차전지 판매량도 2001년 1900만셀을 시작으로 연 평균 80% 성장률을 보이며 지난해에는 2억셀의 판매실적을 거두기도 했다.

올해에도 2억8500만셀의 판매실적을 올릴 것으로 기대하고 있다.

LG화학 역시 화학회사의 강점을 살려 리튬폴리머 전지에서 두각을 나타내고 있다.

특히 HEV용 리튬 2차전지 기술은 국내에서 가장 앞서는 수준이다.

이 전지는 현대자동차 환경기술연구소와 공동으로 개발을 진행하고 있어 몇 년 내로 자동차의 보조 동력원으로 사용될 것으로 예상된다.

SKME(SK모바일에너지)는 지난해 SKC에서 독립해, 자체 보유하고 하는 전지 극판기술을 이용하면서 고출력 리튬폴리머 전지에서 두각을 나타내고 있다.

실제 최근 소니 전지의 리콜사태는 한국 전지회사들에게는 호기로 작용하고 있다.

업체들이 생산라인을 24시간 가동해도 수요량을 채우지 못할 정도다.

이 같은 국내 업체들의 선전에 일본 전지회사들은 저가 공세로 맞서고 있는 실정이라 한국 업체들은 이를 도약의 계기로 삼을 수 있을 전망이다.

다만 우리는 중국 전지제조업체들의 견제에 대비해야 한다.

중국은 전지 조립을 수작업으로 하고 있어 품질은 국산에 밀리지만 저가 정책과 중국 정부의 강력한 지원을 비탕으로 중국에서 시장 점유율을 빠르게 늘리고 있다.

현재 BYD라는 회사가 중국 내 점유율 1위를 달리고 있는 상태다.

하지만 중국은 기술력이 일본에 비해 2년, 한국에 비해 1년 이상 뒤져 있고 모든 전지 소재들을 일본 제품에 의존하는 문제점들을 안고 있다.

리튬 2차전지는 연료전지와 달리 박형, 소형화가 가능해 유비쿼터스 시대의 필수 전원임을 부인할 수 없다.

지금까지 리튬 2차전지의 에너지 밀도는 연 5~10% 정도에 불과한 수준이나 차세대 물질이 본격적으로 사용되는 2009년 이후에는 15% 이상의 에너지 밀도 증가가 예상된다.

또한 고출력 전지 기술이 적용되는 시점과 맞물려 현재 휴대전화 충전 시간인 3시간보다 5배 이상 충전시간이 앞당겨진 전지가 나타날 것으로 기대된다.

특히 전지 소재는 2차전지의 용량 및 안전성을 결정하는 아주 중요한 요소이기 때문에 지속적인 기술 개발이 필요한 실정이다.

원천기술 확보는 일본과의 경쟁에서 우위를 차지할 수 있는 부분이기 때문에 정부 차원에서 보다 적극적인 지원이 필요하다.

[조재필 금오공대 응용화학전공 교수]