삼원계 배터리는 리튬이온 배터리의 한 종류로, 양극재에 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 세 가지 금속을 조합해 만든 배터리를 말한다.
이 배터리는 **리튬 니켈 망간 코발트 산화물(LiNiMnCoO₂)**이라는 화학 구조를 가지고 있으며, 영어 약어로 NCM 또는 NMC 배터리라고도 불린다.
에너지 밀도가 높아 한 번 충전으로 더 긴 주행거리를 확보할 수 있어, 전기차(EV)와 에너지저장장치(ESS) 등에서 널리 사용되고 있다.
삼원계 배터리는 금속 원소의 조합 비율에 따라 성능이 달라진다. 초기에는 니켈, 코발트, 망간을 1:1:1로 혼합한 NCM111이 주로 사용되었으나, 이후 니켈 비중을 높이고 코발트를 줄인 NCM 523 (니켈 50%, 코발트 20%, 망간 30%), NCM 622(니켈 60%, 코발트 20%, 망간 20%), NCM 811 (니켈 80%, 코발트 10%, 망간 10%)등 고성능 배터리로 진화해왔다.
니켈은 높은 에너지 밀도를 제공하여 전기차의 주행거리를 늘려주는 역할을 하고, 코발트는 출력 안정성과 배터리 수명 유지에 기여하며, 망간은 구조적 안정성과 저비용을 위한 금속으로 기능한다.
삼원계 배터리의 가장 큰 장점은 높은 에너지 저장 효율이다. 같은 크기의 배터리 셀에서 더 많은 전력을 저장할 수 있어, 장거리 주행이 필요한 전기차에 특히 적합하다.
하지만 코발트의 높은 가격과 공급 불안정성, 그리고 높은 온도에서의 안정성 문제는 단점으로 지적되어 왔다. 실제로 일부 배터리 화재 사고의 원인으로 삼원계 배터리의 구조적 특성이 언급된 바 있으며, 이에 따라 배터리 안정성을 높이기 위한 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.
2020년대 들어서는 **니켈 비중을 더욱 높이고 코발트 사용을 줄인 고니켈 배터리(NCM 811 등)**가 주류로 떠오르고 있으며, 이를 통해 비용 절감과 성능 향상을 동시에 추구하고 있다.
다만 니켈 역시 고가 원소로 가격 변동성이 크고, 고함량일수록 발열·화재 가능성도 커질 수 있기 때문에, 열 안정성과 수명 관리를 위한 배터리 관리 기술(BMS) 또한 중요해지고 있다.
현재 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 한국 배터리 3사는 이 삼원계 배터리 기술 분야에서 세계적인 경쟁력을 보유하고 있으며, 미국과 유럽의 완성차 업체들과 협력하여 고성능 전기차용 배터리 시장을 선도하고 있다.