전기차 배터리 LFP와 NCM 배터리 사양 비교 및 특징 알아보기

 전기차 배터리의 점유율이 가장 높은 LFP와 NCM의 특징을 알아보고 비교해 보고자 합니다. 문과생도 이해가 가능하도록 최대한 쉽게 기술했습니다. NCM의 경우 이전 포스팅을 참조 부탁 드리며, 본 포스팅에서는 LFP와 NCM 배터리를 비교하는데 중점을 두고자 합니다.

 

LFP 배터리의 구성 요소 및 특징

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 LFP 배터리는 다음의 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다. 양극, 음극, 전해질, 분리막, 컨테이너 및 연결체로 구성됩니다. 다음에서는 각 구성 요소의 역할과 기능에 대해서 작성했습니다.
 양극(Positive Electrode)은 리튬 철 인산(LiFePO₄)으로 구성되어 있으며, 양이온을 수용하여 전하를 저장합니다. 즉 화학 에너지를 머금은 상태로 보시면 됩니다.
 음극(Negative Electrode)은 탄소(C)로 구성되며, 양이온을 전달 받아 전하를 생성합니다. 양이온을 받게 되는 경우는 방전을 의미하며 쉽게 이야기하면 전기를 끌어다 사용하는 상황으로 이해하시면 좋습니다.
 전해질(Electrolyte)은 리튬 염을 포함하는 액상 전해질로서, 양극과 음극 사이에서 이온 이동을 유도합니다.
 분리막(Separator)은 전해질과 양, 음극을 분리하여 전류의 흐름을 제어하고 외부 충격으로부터 내부 물질을 보호해 주는 역할을 수행합니다.
컨테이너 및 연결체는 배터리를 보호하고 전기적으로 외부 회로와 연결하여 출력을 내보내거나 혹은 받아들이는 충전 역할을 수행합니다.

LFP 배터리의 충방전 원리

 방전(Discharge)시에는 외부 회로를 통해 배터리를 사용하는 경우이며, 양극에서 리튬 이온이 이동하여 전류를 생성합니다. 양극에 있는 리튬 철 인산은 리튬 이온을 받게 되어 전하를 생성하며, 전하에 이동에 따라 발생된 전류를 외부로 사용할 수 있도록 합니다. 쉽게 이야기하면, 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정으로 보시면 됩니다.

 충전(Charge)시에는 외부 입력 전원을 통해 전류를 역으로 흐르게 하여 배터리를 충전합니다. 즉 양극과 음극의 역할이 방전과는 다른 형태로 바뀌게 됩니다. 이때 양극은 리튬 이온을 다시 받아들여 리튬 철 인산으로 변환되며, 음극은 리튬 이온을 방출합니다. 보다 쉽게 서술하면 전기 에너지를 이용하여 양극으로 이동한 전자가 다시 음극으로 이동하면서 화학 에너지로 변환된다고 이해하면 조금 더 쉬울 것으로 생각됩니다.

LFP 배터리와 NCM 배터리의 특성 비교

 

항목	LFP 배터리의 특징	NCM 배터리의 특징
안전성	과열, 단락 등에 대한 안전성이 뛰어남	상대적으로 높은 에너지 밀도로 인한 과열 위험이 있음
수명	많은 충전-방전 사이클 횟수를 지원	충전-방전 사이클 횟수가 낮으나 에너지 밀도가 높음
가격	상대적으로 저렴한 가격대	고에너지 밀도로 인해 상대적으로 높은 가격대
환경 영향	환경 친화적이며 친환경 자재 사용	코발트 사용으로 인한 환경 문제가 있을 수 있음
적합 용도	안전성과 장수명이 중요한 용도에 적합	에너지 밀도가 중요한 용도에 적합
사용 예시	태양광 저장 시스템, ESS 시스템 → 면적에 구애를 받지 않음	전기 자동차, 이동통신 기기 등 →  제한된 공간으로 에너지 밀도가 가장 큰 우선순위

 

가장 결정적인 차이점은 사실 가격적인 면에 있습니다. LFP는 동일 부피 NCM 대비 에너지 밀도가 낮아 이용처가 낮을 것으로 보이지만 전기차 보급률 1위인 중국에서 주로 사용하는 배터리입니다. 가격적인 장점은 LFP 배터리의 단점들을 모두 커버할 수 있으며 현재는 테슬라에도 LFP 배터리가 적용되기 시작했습니다. 모든 전기차 배터리를 NCM으로 통일할 수 없듯이 각 차량의 용도에 맞게 배터리도 이원화하거나 다른 형태의 배터리들을 적용하기 시작하는 것으로 보입니다. 진작에 용도, 목적 및 지역 특성에 맞게 설계되었다면 국내 전기차 시장도 생각보다 빠르게 성장하지 않았을까 싶습니다. 제주도만 해도 LFP 배터리만 설치해도 충분히 일주가 가능한데 굳이 비싼 NCM 배터리가 정착된 차량들이 주를 이루고 있습니다. 

 

결어

 LFP가 좋다는 말도 많고 NCM이 전기차 배터리의 미래다라는 말들도 많습니다. 모두의 의견은 상황과 목적에 따라 다르기 때문에 한 배터리 형태가 독점하기는 어려울 것으로 보입니다.