LG에너지솔루션이 리튬·망간리치(LMR)배터리의 안정성을 크게 개선할 수 있는 핵심 기술을 확보했다. 차세대 배터리 소재로 떠오르던 LMR의 주요 난제인 가스 발생 문제를 해결하며 상용화 가능성을 입증한 것이다.

LG에너지솔루션은 가격은 저렴하지만 에너지 밀도가 낮은 리튬·인산·철(LFP)배터리와 에너지 밀도는 높지만 가격 경쟁력에서 밀리는 니켈·코발트·망간(NCM)배터리 사이의 장점을 지닌 LMR배터리로 시장을 공략하겠다는 방침을 세우고 있다.

LG에너지솔루션은 임종우 서울대학교 화학부 교수 연구진과 공동 연구를 통해 LMR배터리의 전기자동차용 대형 셀 적용 가능성을 높이는 연구 성과를 달성했다고 9월7일 밝혔다. 이 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다.

LMR배터리는 충전 중 산화된 산소가 방전 과정에서 완벽히 회복되지 않을 때 배터리 내부 구조 손상과 가스 발생을 유발할 수 있다. 이는 내부 여유 공간이 제한된 전기차용 대형 셀에서 내부 압력 상승과 성능 저하를 유발하는 것이다.

이에 LG에너지솔루션과 서울대 공동 연구팀은 최근 가스 발생과 용량 저하의 원인을 규명하고 이를 제어할 수 있는 대형 셀 최적 운용 조건을 개발했다. 공동연구팀은 산소 회복을 좌우하는 핵심 변수가 충전 상한 전압뿐 아니라 방전 하한 전압에도 있음을 알아냈다.

LG에너지솔루션 연구진은 분석 결과를 토대로 활성화 공정 조건을 재설계했다. 특히 온도를 낮추는 공정을 적용해 대형 셀 특유의 가스 발생을 효과적으로 억제했다.

그 결과 최적화한 조건이 적용된 LMR 대형 셀은 883회의 충·방전 평가 이후에도 초기 에너지의 92.2%를 유지하며 수명 안정성을 확인했다. 이는 실제 전기차에 탑재 가능한 대형 셀 수준에서 LMR 소재의 실용성을 입증했다는 점에서 의미가 크다.

LG에너지솔루션은 가격 경쟁력과 에너지 밀도를 모두 갖춘 LMR배터리로 상용차 시장을 중심으로 기회를 찾겠다는 목표를 세우고 있다.

LMR배터리는 리튬과 망간을 풍부하게 함유한 양극재를 핵심으로 하는 제품이다. 양극재는 배터리의 충전과 방전 과정에서 리튬이온을 저장하고 방출하는 역할을 한다. 어떤 원소를 어떤 비율로 조합하냐에 따라 배터리의 성능·용량과 가격이 크게 달라진다.

리튬과 망간의 함량을 높인 LMR 배터리는 고가의 코발트 사용량을 줄이면서 높은 에너지 밀도를 구현한다.

가격 경쟁력이 높지만 에너지 밀도를 높이는 것이 어려운 LFP 배터리의 한계를 극복하면서도 가격 부담이 큰 NCM 배터리보다는 낮은 가격 수준에서 제품을 생산할 수 있다는 장점이 있다.

LG에너지솔루션은 상용 전기트럭처럼 배터리 탑재 공간 제약은 상대적으로 적지만 긴 주행거리와 가격 경쟁력을 요구하는 ‘회색 지대(그레이존)’ 시장에서 LMR 배터리 수요를 모색하고 있다.

LG에너지솔루션 관계자는 “이번 연구는 LMR 배터리의 주요 과제였던 가스 발생을 효과적으로 억제해 대형 셀에서도 안정적 배터리 수명을 확보할 수 있음을 보여준 성과”라며 "이를 통해 차세대 LMR 배터리 시장에서의 성장을 가속할 수 있는 중요한 발판을 마련했다"고 말했다.