왜 리튬이온 배터리가 소비자 전자기기, EV 및 에너지 저장 장치에서 지배적인가?

리튬이온 배터리(2차 전지) 리튬이온 배터리는 불과 30여 년 동안 백지상태에서 급속한 발전을 이룩하며, 광범위하고 다양한 리튬 배터리 산업으로 성장하였으며, 이는 우리 생산 활동과 일상생활과 밀접하게 연관된 고효율, 친환경적인 특성을 지니고 있습니다. 이를 통해 조 단위 시장과 매우 넓은 발전 전망을 가진 리튬 배터리 신에너지 산업이 탄생하였습니다.

리튬이온 배터리는 다양한 응용 분야를 가지고 있으며 다음의 주요 카테고리로 요약할 수 있습니다: 소비자용 전자기기(디지털 리튬이온 배터리) , 신에너지 차량(동력용 리튬이온 배터리) , 그리고 에너지 저장 기지(에너지 저장 리튬이온 배터리) . 이러한 세 가지 응용 분야가 리튬이온 배터리 사용의 대부분을 차지합니다. 아래에서는 각기 다른 적용 시나리오에 따라 소개하겠습니다.

I. 디지털 리튬이온 배터리

현재 리튬이온 배터리는 소비자용 전자제품에 이미 비교적 성숙하게 적용되고 있으며, 관련 제품의 업데이트와 교체 주기가 빠르기 때문에 리튬배터리 수명에 대한 요구 조건은 특별히 높지 않은 편이다. 디지털 리튬이온 배터리의 주요 연구 개발 방점은 전자제품의 배터리 수명 연장과 충전 속도 및 안전성 향상을 위해 비에너지, 비출력, 그리고 안전성을 개선하는 데 있다. 이에 따라 과학자들은 더 높은 배터리 비에너지를 확보하기 위해 흑연 도핑 실리콘을 활용하는 기술을 연구 중이며, 전극 소재에 고전도성 및 이온 전도성 물질을 첨가하고 세라믹 분리막을 사용하여 배터리의 충전 속도와 안전성을 향상시키고 있다.

디지털 리튬이온 배터리의 일반적인 응용 분야는 다음과 같다. 노트북, 스마트폰, 스마트워치, 스마트 밴드, 태블릿, 드론, 블루투스 헤드셋, 블루투스 스피커, 보조 배터리, 액션 카메라, 전자담배, 성인용품 등

II. 동력용 리튬이온 배터리

국내 리튬이온 배터리 산업 체인이 점점 완성되고 업계 경쟁이 심화됨에 따라, 우리나라의 동력용 리튬이온 배터리는 현재 상당한 비용 경쟁력을 확보하고 있다. 신에너지자동차 분야에서 리튬이온 배터리의 제조 및 운용 비용은 이미 내연기관 동력 시스템과 경쟁할 수 있는 수준에 이르렀다. 운행 비용 측면에서 100km당 20킬로와트시(kWh)를 소비한다고 가정할 경우, 배터리 충전 비용은 약 20위안에 불과한 반면, 휘발유 가격을 기준으로 할 경우 100km당 연료 비용은 50위안을 초과할 수 있다. 2024년에 국내 신에너지자동차의 월간 판매 점유율이 처음으로 휘발유 차량의 점유율을 넘어섰으며, 이는 신에너지자동차가 시장의 주류로 자리 잡았음을 의미할 뿐만 아니라 글로벌 자동차 산업의 전환 및 업그레이드 과정에서 중요한 이정표가 되고 있다.

에너지용 리튬이온 배터리의 응용 분야에는 신에너지 전기차, 신에너지 전기선박, 전기비행기, 전기버스, 지능형 로봇, 지능형 로봇개, 지능형 물류 차량 ( AGV), 전기 지게차, 전기 이륜차, 전기 삼륜차, 전기 골프카트, 전기 관광차량 등이 있습니다.

III. 에너지 저장용 리튬이온 배터리

리튬이온 배터리를 중심으로 한 새로운 에너지 시스템의 청사진은 계속 확장되고 있으며, 무한한 가능성을 지니고 있다. '이중 탄소' 목표의 진전에 따라 우리나라의 에너지 구조는 지속적으로 녹색·저탄소 모델로 전환하고 있다. 2024년 말 기준으로 우리나라의 신에너지 저장 누적 설치 용량은 70GWh(기가와트시)를 초과하여, 제13차 5개년 계획 종료 시점의 약 20배에 달한다. 이 에너지 저장 혁명은 기술 경쟁을 넘어 우리나라 국가 에너지 안보를 위한 전략적 배치이기도 하다.

에너지 저장 리튬이온 배터리의 적용 시나리오는 다음과 같습니다: 발전 측면의 에너지 저장 – 태양광 에너지 저장 발전소, 풍력 에너지 저장 발전소, AGC 주파수 조절 발전소 등; 송배전망 측면의 에너지 저장 – 변전소 에너지 저장, 가상 발전소, 부하 평준화/주파수 조절용 에너지 저장 발전소 등; 사용자 측면의 에너지 저장 – 태양광 에너지 저장 충전소, 가정용 에너지 저장 시스템, 백업 전원 공급 장치, 휴대용 에너지 저장 전원 공급 장치 등

IV. 리튬이온 배터리의 기타 응용 시나리오

군사 응용: 야전 작전용 전원 공급 장치, 개별 병사용 전원 공급 장치, 탐사 장비용 전원 공급 장치, 한랭기 의류 및 신발용 전원 공급 장치, 고에너지 무기용 전원 공급 장치 등

의료 분야 : 휴대용 초음파 장비, 휴대용 혈압계, 착용형 맥락혈산포화도 측정기, 핸드헬드 모니터, 착용형 단일 도선 심전도 등

리튬은 리튬이온 배터리의 핵심 원자재로 오랫동안 " 화이트 페트롤리엄 "으로 알려져 왔으며, 신에너지 자동차와 새로운 화학 에너지 저장 기술 개발에 없어서는 안 될 금속 원소이다. 그 중요성은 전기 시대의 석유에 비견된다. 업계 분석가들은 석유가 화석 연료 시대를 열었던 것처럼, 리튬이온 배터리가 새로운 에너지 혁명을 이끌 것으로 믿고 있다.