LFP 양극재, 2031년 47조원 규모로…"나노화·고밀도로 NCM과 경쟁"

QY리서치 보고서, 연간 12.4% 성장
ESS·보급형 전기차 수요 지속
나노화·고밀도화로 에너지밀도 등 개선
L&F·포스코·롯데 등 韓 기업 양산경쟁

챗GPT로 생성한 이미지임.

에너지저장장치(ESS) 및 보급형 전기차 탑재가 늘고 있는 리튬인산철(LFP) 양극재가 연간 12.4%로 성장할 것이란 전망이 나왔다. LFP 양극재는 나노화, 고밀도화를 통해 삼원계와 비교해 뒤처진 성능을 극복하고 있는 것으로 분석됐다. 중국에 이어 국내 소재 기업들도 LFP 양극재 양산에 적극 뛰어들고 있다.

17일 시장조사업체 QY리서치는 LFP 양극재 시장 규모가 2024년 157억7000만 달러(약 23조 2500억원)에서 연평균 12.4% 성장해 2031년에는 318억달러 (약 46조8000억원)에 달할 것으로 전망했다.

LFP 양극재는 리튬인산철(LFP, LiFePO₄)을 활성물질로 사용하는 양극재를 의미한다. 니켈과 코발트를 기반으로 하는 삼원계 양극재에 비해 열적 안정성, 긴 사이클 수명을 장점으로 한다. 에너지밀도는 떨어지지만 고가의 희귀 금속을 사용하지 않기 때문에 비용이 낮다.

LFP 양극재는 일반적으로 고상 합성법 또는 수열 합성법을 통해 생산된다. 입자 형태 제어, 도핑, 탄소 코팅 관련 기술을 활용해 전도성과 성능을 향상시킨다. LFP 양극재는 안정적인 올리빈 결정구조를 갖고 있어 충·방전 시 우수한 구조적 안정성을 제공한다.

이러한 특징으로 인해 최근 LFP 양극재를 탑재한 배터리는 고정형 ESS, 보급형 전기차 전기버스 등에 선호되면서 그 수요가 늘고 있다. 특히 중국 기업들은 대규모 제조 역량과 공급망 통합을 통해 생산비용을 크게 낮추면서 전 세계 시장을 장악하고 있다. 중국 외 시장에서도 비용 효율적이고 장수명이며 열적 안정성이 우수해 사용이 늘고 있다.

QY리서치는 ▲자동차 제조사들이 코발트와 니켈 관련 공급망 리스크를 줄이려는 움직임 ▲ 나노사이징, 표면 개질, 리튬망간철인산염(LMFP)과 같은 소재 공학의 발전 ▲ 재생에너지 확대와 전력망 현대화 ▲ 북미와 유럽 등 지역에서 LFP 생산 현지화 가속화 등에 따라 전 세계적으로 LFP 양극재가 리튬이온 배터리 시장에서 중요한 성장 분야로 자리 잡을 것으로 전망했다.

특히 최근 나노 LFP 양극재가 등장하면서 전기화학적 성능이 향상되고 있다. 나노 LFP는 LFP 양극재를 나노미터(nm) 크기로 제조하거나 나노 구조로 설계한 소재를 말한다. 나노화한 입자는 표면적 증가, 짧아진 리튬이온 확산 경로, 향상된 전기 전도도 등의 특징을 갖는다. 이를 통해 충전 속도와 출력밀도, 사이클 수명을 개선할 수 있다.

LFP 양극재는 최근 압축밀도를 대폭 향상한 차세대 소재로 발전하고 있다. 4세대 제품(분말 압축 밀도 2.6­2.7g/cm³)이 이미 대규모로 상용화됐으며 5세대 제품(분말 압축 밀도 2.70g/cm³이상)도 선보이고 있다. 이를 통해 배터리의 에너지밀도를 향상하고 더 빠른 충전 속도를 구현해 니켈코발트망간(NCM) 양극재와 경쟁할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

중국의 다이나노믹(Dynanonic)은 지난 9월 5세대 고성능 LFP 개발에 성공해 파일럿 생산 단계에 진입했다. 후난위넝(HunanYuneng)은 5세대 고전압·고용량 LFP 양극재(YN-13시리즈)를 출시했다. 이 제품은 전압을 3.2V에서 3.8V로 높혀 220Wh/kg의 에너지밀도를 달성했으며 이미 반고체 배터리에 양산 적용중이다.

LFP 시장이 지속적으로 성장할 것으로 예상함에 따라 국내 기업들도 LFP 양극재 개발에 적극 뛰어들고 있다. 2026년부터는 국내 기업들도 본격적으로 LFP 양극재를 양산할 것으로 전망된다.

롯데에너지머티리얼즈는 지난 1월 전북 익산 2공장에 연간 1000t 규모의 LFP 양극재 파일럿 라인을 준공했다. 최근 3세대, 4세대 LFP 양극재를 개발하고 2026년 양산을 목표로 하고 있다.

엘앤에프는 대구 지역에 LFP 양극재 공장을 착공했으며 2026년 하반기부터 연간 6만t 생산체제를 갖출 예정이다. 또한 미국 미시간주에 LFP 양극재 공장 신축 계획을 확정했다. 미국 공장은 2026년 착공 후 2027년부터 양산 체제를 갖출 계획이다.

포스코퓨처엠은 중국 CNGR과 합작한 씨앤피신소재테크놀로지에 추가 투자를 통해 포항 영일만 4 일반산업단지에 LFP 양극재 전용 공장을 건설하기로 했다. 2026년 착공해 2027년 하반기부터 양산할 계획이다. 이 회사는 이와 별개로 포항 양극재 공장의 NCM 양극재 생산라인 일부를 LFP용으로 개조해 2026년 말부터 공급을 시작할 계획이다.

에코프로는 지난달 헝가리 데브레첸에 양극재 공장을 준공했다. 이 공장에서는 2026년부터 NCA, NCM 등 하이니켈 삼원계 양극재를 시작으로 LFP 양극재까지 포트폴리오를 확대할 계획이다.

LG화학은 전기차와 ESS용으로 LFP 양극재를 개발하고 있다. 이 회사는 비중국산 원재료를 사용할 수 있는 신규 공정 기술을 검증한 뒤 사업을 구체화한다는 방침이다.

강희종 에너지 스페셜리스트 mindle@asiae.co.kr