초저온·고온 등 특수환경에 적용되는 방위산업용 이차전지 신소재를 개발한 ㈜그리너지가 여주시에 1000억원을 투자해 K-배터리(차세대 이차전지) 설비시설을 구축한다. 김동연 경기지사, 이충우 여주시장, 방성용 그리너지 대표이사는 16일 경기도청에서 ‘K-배터리 제조시설 건립 및 이차전지 혁신생태계 기반 조성을 위한 투자유치 양해각서’를 맺었다. 협약에 따라 방위산업용 이차전지 신소재 기업인 그리너지는 2024년까지 1000억원을 들여 여주시 점동면 일원 2만7000㎡에 건축 연면적 9000㎡ 규모의 이차전지 신소재 설비시설을 건립한다. 또 192명의 양질의 일자리를 창출하고 지역경제 활성화를 위해 협력하기로 했다. 김 지사는 “미국의 실리콘밸리도 사막에서 출발했다.여주는 거기에 비하면 훨씬 아름다운 자연과 환경 등 좋은 여건을 갖추고 있으니까 혁신 생태계 조성의 마중물이 되지 않을까 싶다”며 “최선을 다해서 충실히 약속을 지키고 여주시 발전을 위해서 애쓰겠다”고 말했다. 이 시장은 “여주는 모든 게 열악하고 규제도 많은데 경기도에서 관심을 가져주셔서 빠른 시간 내에 원활히 진행된 것 같다. 그리너지에 있는 산업단지까지 포함해서 12개 정도 산업단지를 동시에 추진하려고 용역 중인데 많은 도움을 주시기 바란다”고 밝혔다. 방 대표는 “저는 여주에서 태어났다.그래서 여주로 돌아가는 데 특별한 의미가 있다”며 “새로운 이차전지를 여주에서 개발해 아직 전동화가 되지 않은 산업군들,중장비들,또는 대형 선박들,디젤과 같은 환경오염을 일으키는 산업을 전동화하도록 꾸준히 노력하겠다”고 말했다. 경기 동부지역은 수도권규제(수도권정비계획법), 상수원보호구역(수도법), 팔당특별대책지역(환경정책기본법) 등 대표적인 규제 중첩지역으로 기업의 투자유치가 쉽지 않은 상황이라 이번 협약이 더욱 의미가 있다고 도는 설명했다. 도는 지난 1월부터 국가첨단전략산업 중 하나인 K-배터리 신소재 기술기업 유치를 위해 적극적인 유치 활동을 전개했다. 경기도는 서울 본사와 충주 제조공장을 직접 찾아가 관계자들을 만나고, 팸투어와 연석회의를 통해 적정부지를 소개하는 한편 여주시와 함께 여주지역을 이차전지 혁신생태계로 조성하겠다는 비전을 제시해 ㈜그리너지의 이번 투자 결정을 이끌어냈다. 경기도와 여주시는 ㈜그리너지의 ‘K-배터리 제조시설’ 투자유치를 시작으로 이차전지 신소재 분야의 핵심기술을 보유한 협력기업을 지속적으로 유치해 경기 동부지역을 K-배터리 혁신생태계로 구축할 계획이다. 그리너지는 2017년 2월 설립해 지난해 11월 ‘CES 혁신상’을 수상한 미래 혁신기업이다. 기존 이차전지와 다르게 음극으로 사용되던 흑연을 리튬티탄산화물(LTO)로 대체하는 이차전지 신소재를 개발했다. LTO는 최근 업계에서 주목받고 있는 차세대 음극재 원료 중 하나다. LTO를 적용한 배터리는 기존 리튬이온 배터리 대비 우수한 안전성과 높은 효율을 보인다는 것이 특징이다. LTO 이차전지는 안정성, 고출력, 고수명 등의 특장점이 있어 방위산업용, 선박, 철도차량, 대형버스, 건설기계 장비 등에 사용이 가능하며 현재 기관․기업에 진출하기 위해 정부 주요 과제 채택 등 여러 분야에서 다양한 사업을 진행하고 있다.

포스코케미칼이 인조흑연 음극재 생산능력 확대에 나선다. 포스코케미칼은 1일 경북 포항시 블루밸리 국가산업단지에서 연산 1만톤 규모의 인조흑연 음극재 2단계 공장을 전날 착공했다고 밝혔다. 내년 하반기 준공 예정인 2단계 공장이 들어서면 총 1만 8000톤 규모의 생산체제를 갖추게 된다. 이는 60kWh 기준 전기차 약 47만대에 공급할 수 있는 양이다. 앞서 포스코케미칼은 2021년 12월 연산 8000톤 규모의 인조흑연 음극재 1단계 공장을 준공, 국내 최초로 국산화에 성공한 바 있다. 글로벌 전기차용 음극재 시장은 인조흑연이 주도하고 있다. 천연흑연 대비 배터리 수명은 늘리고 충전 시간은 단축시키는 강점이 있기 때문이다. KOTRA에 따르면 작년 기준 글로벌 음극재 시장에서 인조흑연이 차지하는 비중은 83%에 이르며, 중국이 시장을 대부분 점유하고 있다. 포스코케미칼은 제철공정에서 부산물로 발생하는 콜타르를 가공해 만든 침상코크스를 원료로 인조흑연을 제조한다. 침상코크스는 자회사인 포스코MC머티리얼즈로부터 공급받는데, 포스코는 제철 부산물 시장을 확보하고 포스코케미칼은 안정적으로 원료를 확보하는 등 자원순환 제고와 함께 그룹의 밸류체인을 완성해 시너지를 높이고 있다. 포스코케미칼은 이같은 밸류체인 경쟁력을 바탕으로 지난해 12월 미국 GM과 LG에너지솔루션의 배터리 합작사인 얼티엄셀즈와 약 9393억원 규모로 인조흑연 음극재 공급계약을 체결했다. 공급 기간은 올해부터 2028년까지 총 6년이다. 국산화에 이은 인조흑연 음극재의 해외 첫 수출 사례다. 포스코케미칼은 “2단계 공장을 적기에 준공해 계약 물량을 원활히 공급할 방침”이라며 “미국 인플레이션감축법(IRA) 시행에 따른 배터리 업계의 탈중국 소재 공급망 확대 등 지속적으로 증가하는 글로벌 수요에 선제적으로 대응해 인조흑연 음극재 시장에서 주도권을 확보해 나갈 계획”이라고 밝혔다.

지난해 태풍 ‘힌남노’로 포항제철소 가동 중단 등의 사태를 겪은 포스코의 실적이 절반가량 줄었다. 지주회사 포스코홀딩스는 실리콘 음극재 등 차세대 사업에 투자를 지속한다는 계획이다. 포스코홀딩스는 27일 지난해 연결 기준 영업이익이 전년보다 46.7% 감소했다고 공시했다. 매출액은 11.1 증가한 84조 8000억원을 기록했음에도 포항제철소 냉천 범람에 따른 침수와 글로벌 철강 수요 부진 등의 여파가 컸다. 포항제철소 생산 중단에 따른 영업 손실과 일회성 비용 증가가 지난해 영업이익에 미친 영향을 포스코홀딩스는 1조 3000억원 정도로 추산했다. 화물연대 파업이 있었던 지난해 4분기는 3700억원의 영업손실도 있었다. 다만 올해부터는 부활할 것으로 회사는 기대하고 있다. 포항제철소 17개 압연 공장이 지난 20일부터 완전 정상화됐고, 중국 리오프닝 영향으로 국제 철광석 가격도 오름세를 보이고 있다. 산업통상자원부 원자재가격정보에 따르면 북중국(CFR) 현물 기준 철광석(Fe 62%) 가격은 지난 20일 t당 126.7 달러로 최근 두 달새 60% 뛰었다. 지난 25일부터 철강 부문 비상경영 전담팀(TF)도 운영 중이다. 이날 포스코홀딩스는 차세대 실리콘 음극재 생산 기술을 보유한 자회사 포스코실리콘솔루션에 591억원을 출자한다고 밝히기도 했다. 오는 6월 경북 포항 영일만산단에 450t 규모 실리콘음극재 1단계 생산 설비 구축에 착공해 내년 상반기 준공할 예정이다. 실리콘 음극재는 기존에 많이 쓰이는 흑연 음극재보다 에너지 밀도를 4배 가량 높였다. 특히 전기차의 충전 시간을 대폭 단축시킬 수 있을 것으로 기대된다. 2030년까지 글로벌 실리콘 음극재 시장 규모는 매년 34%의 성장이 예상된다. 포스코그룹이 지난해 7월 실리콘음극재 개발업체인 테라테크노스를 인수해 설립한 포스코실리콘솔루션은 2030년까지 연산 2만 5000t의 생산체계 구축을 목표로 하고 있다. 포스코그룹은 세계에서 유일하게 이차전지 풀 밸류체인을 구축한 만큼 2030년까지 양극재 61만t, 음극재 32만t, 리튬 30만t, 니켈 22만t 생산·판매체계를 구축해 이차전지 소재 사업에서만 매출액 41조원을 달성한다는 계획이다. 포스코케미칼·포스코인터 나란히 호실적 한편, 계열사인 포스코케미칼은 배터리 소재 사업 성장에 힘입어 연간 매출 3조원을 돌파해(3조 3019억원) 사상 최대 실적을 기록했다. 영업이익도 1659억원을 기록했고, 배터리소재 부문이 총매출의 과반을 넘는 58.7%를 차지하며 주력 사업으로 성장했다고 밝혔다. 종합상사 포스코인터내셔널도 지난해 매출 41조 7000억원에 영업이익 1조 1740억원을 기록하며 사상 최초 ‘1조원 흑자’를 돌파했다고 전했다.

배터리에 들어가는 핵심 광물의 일정 비율 이상을 미국이나 미국과 자유무역협정(FTA)을 체결한 국가에서만 조달해야 하는 인플레이션감축법(IRA) 시행이 임박한 가운데 지난해 전기차 배터리의 핵심 소재인 수산화리튬, 코발트 등에 대한 중국 수입 의존도는 더 심화된 것으로 나타났다. 24일 한국무역협회에 따르면 지난해 한 해 동안 이차전지 핵심 소재인 수산화리튬(산화리튬 포함) 전체 수입액 36억 8000만 달러 가운데 중국 수입액은 32억 3000만 달러로 전체의 87.9%를 차지했다. 이는 재작년보다 4.1% 포인트 높은 수치다. 2018년만 해도 수산화리튬의 중국 수입 비중은 64.9%에 그쳤지만 2019년 74.4%, 2020년 81.2%, 2021년 83.8%에서 지난해 90%에 가까워진 것이다. 친환경차 판매 호조로 수산화리튬 수요가 급속히 증가하자 가격이 뛰면서 대중 수입액도 전년보다 5.8배 늘어났다. 코발트(산화코발트·수산화코발트)도 지난해 전체 수입액 2억 5000만 달러 가운데 중국 수입액이 1억 8000만 달러로 72.8%를 차지했는데 이 역시 전년보다 8.8% 포인트 늘어난 수치다. 천연 흑연도 전체 수입액(1억 3000만 달러) 중 중국 비중이 94%(1억 2000만 달러)에 이른다. 역시 재작년(87.5%)보다 6.5% 포인트 상승했다. 이에 미국의 배터리 부품 및 핵심 광물 요건 시행이 두 달여 남은 시점에서 핵심 광물 공급망의 ‘탈(脫)중국화’가 오히려 뒷걸음치고 있다는 지적이 나온다. 정부는 미 재무부의 3월 IRA 세액공제 하위 규정 발표를 앞두고 핵심 광물 비율을 인정하는 원산지에 인도네시아, 아르헨티나 등 우리 기업이 광물을 조달하는 주요국이 포함될 수 있도록 설득하고 있다.

순천향대학교(총장 김승우)는 에너지시스템학과 안욱 교수 연구팀이 차세대 전지 시스템 상용화에 가장 큰 걸림돌인 발화 문제, 대용량, 에너지 저장장치의 수명 문제 등을 해결할 수 있는 고효율 전극 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 배터리 시장에서 널리 사용되는 ‘ESS(Energy Storage System)’ 기술은 높은 인화성과 낮은 수명이 문제다. 이같은 문제를 해결하기 위해 수계전해질을 이용하는 차세대 에너지 저장장치인 ‘바나듐 레독스 흐름 전지’에 관한 관심이 매우 높다. 바나듐 레독스 흐름 전지는 리튬이온전지와 비교해 인체 유해성, 인화성, 화학 반응성의 위험도가 낮아 안정적이며, 전지 수명이 20년 이상으로 긴 장점과 전지 용량의 한계가 없어 대용량에너지 저장장치에 유용하다는 장점이 있다. 그러나 상용화를 위해서는 고용량, 고출력의 전지 특성에 필수적인 높은 활성도를 갖는 전극 소재의 개발이 필요하다. 안 교수 연구팀은 한국생산기술연구원 임성남 책임연구원, 부산대학교 강준희 교수 연구팀과 함께 특정 질소 관능기(피리도닉 질소, Pyridonic Nitrogen)가 전해질에 녹아있는 바나듐의 산화·환원(V2+·V3+)에 높은 활성도를 나타내는 가설을 토대로 흑연에 특정 관능기를 부착하는 기술을 개발해 고출력, 장수명의 전지 특성을 나타낸다는 것을 확인했다. 연구 결과는 ‘바나듐 레독스 흐름 전지용 특정 질소 관능기 부착 전기화학 금속 촉매 음극 기술 개발(Superior electrocatalytic negative electrode with tailored nitrogen functional group for vanadium redox flow battery)’이라는 제목으로 해당 분야 최고의 국제학술지인 Journal of Energy Chemistry (IF: 13.599, CHEMISTRY, APPLIED 분야 상위 0.68%, 2021 JCR 기준) 11월호에 게재됐다. 교신저자인 안 교수는 “본 연구를 통해 개발된 전극 촉매 소재는 제조가 비교적 간단하고 고효율의 전극을 제조할 수 있어 바나듐 레독스 흐름 전지에 적용한다면 리튬이온전지와 가격경쟁력이 준수한 수준으로 상용화할 수 있을 것”이라고 설명했다.

배터리 소재 국산화 이어 첫 수출“북미·유럽서도 협업… IRA 대응”포스코케미칼은 LG에너지솔루션과 미국 제너럴모터스(GM)가 합작한 배터리 회사인 얼티엄셀즈와 9393억원 규모의 인조흑연 음극재 공급계약을 체결했다고 5일 밝혔다. 포스코케미칼은 내년부터 2028년까지 6년간 경북 포항공장에서 생산한 인조흑연 음극재를 얼티엄셀즈에 공급한다. 인조흑연 음극재는 전기차 배터리에 사용될 경우 천연흑연보다 충전 속도가 빠르고 배터리 수명을 연장시킬 수 있다는 장점이 있다. 원료 조달이 어렵고, 제조 비용이 많이 들어 주로 중국에서 생산해 왔으나 포스코케미칼은 지난해 12월 연산 8000t 규모의 포항공장을 준공해 국산화에 성공했다. 특히 흑연 원료인 침상코크스는 탄소소재 자회사인 피엠씨텍에서 공급받을 수 있어 원료부터 최종 소재 생산까지 밸류체인 전체를 내재화했다는 평가다. 지난해 기준으로 글로벌 음극재의 92%를 중국이 생산하며 한국 생산 비중은 5%에 불과한 실정이다. 중국 의존도가 높은 전기차 배터리 소재의 국산화에 이은 첫 수출이어서 의미가 깊다. 포스코케미칼은 자동차·배터리 기업과의 파트너십을 바탕으로 북미·유럽에서 음극재 생산도 추진해 미국 인플레이션감축법(IRA) 등 권역별 공급망 정책에 전략적으로 대응한다는 방침이다. 현재 연간 8만 2000t의 음극재 생산능력을 2025년 17만t, 2030년 32만t까지 늘릴 방침이다. 민경준 포스코케미칼 사장은 “독자적인 기술과 원료 경쟁력을 바탕으로 글로벌 고객사를 적극 확대하고 양음극재 사업을 균형 있게 성장시켜 글로벌 최고의 배터리 소재 기업으로 도약하겠다”고 말했다.

포스코케미칼이 미국 얼티엄셀즈와 인조흑연 음극재 대규모 공급계약을 체결했다. 소재 국산화를 넘어 첫 수출의 성과를 거두며 글로벌 시장 공략에 나선 것이다. 포스코케미칼은 5일 미국 얼티엄셀즈와 약 9393억원의 음극재 공급계약을 전날 체결했다고 밝혔다. 2023년부터 2028년까지 6년간 포항공장에서 생산한 인조흑연 음극재를 GM과 LG에너지솔루션의 미국 배터리 합작사 얼티엄셀즈에 공급한다. 인조흑연 음극재는 천연흑연 음극재에 비해 배터리 충전속도를 높이고 수명을 늘리는 특성이 있어 전기차 배터리에 주로 사용되는 소재다. 원료조달이 어렵고 제조비용이 높아 주로 중국에서 생산해 왔으나, 포스코케미칼이 지난해 12월 연산 8000톤의 포항공장을 준공해 국산화를 이뤘다. 천연흑연 음극재도 2011년부터 포스코케미칼이 국내에서 유일하게 생산하고 있다. 특히 포스코케미칼은 흑연 원료로 제철공정의 부산물로 발생하는 콜타르로 만든 침상코크스를 탄소소재 자회사인 피엠씨텍에서 공급받을 수 있어 원료부터 최종 소재 생산까지의 밸류체인 전체를 내재화했다. 독자 개발한 제조 기술과 스마트팩토리 공정을 도입해 제조비용 절감과 실시간 품질 관리가 가능한 것도 강점이다. 이러한 경쟁력을 바탕으로 포스코케미칼은 자동차사 및 배터리사와의 파트너십을 통한 북미?유럽 현지에서의 음극재 사업도 추진해, 미국 인플레이션감축법(IRA) 시행 등의 권역별 공급망 강화 정책에 전략적으로 대응할 계획이다. 글로벌 양산능력 확대에 적극 나서 현재 연산 8만 2000톤의 음극재 생산능력을 2025년 17만톤, 2030년 32만톤까지 늘릴 예정이다. 이번 수주를 비롯해 포스코케미칼은 북미 현지와 국내에서 얼티엄셀즈와의 대규모 양?음극재 공급 계약을 연이어 체결하며, 글로벌 시장에서 전기차 배터리소재 핵심 공급자 지위를 더욱 공고히 하게 되었다. 민경준 포스코케미칼 사장은 “국내 유일의 음극재사로서 원료부터 소재 생산까지 완전한 밸류체인을 완성하고, 제품 포트폴리오 확대를 통해 갖춘 사업경쟁력이 수주로 이어졌다”며 “독자적인 기술과 원료 경쟁력을 바탕으로 글로벌 고객사를 적극 확대하고 양?음극재 사업을 균형있게 성장시켜 글로벌 탑티어 배터리소재사로 도약하겠다”이라고 밝혔다.

뭉툭해진 연필을 커터 칼로 깎을 때 부드럽게 벗겨져 나가는 나무의 촉감을 느끼고 흑연심을 뾰족하게 만들기 위해 다듬을 때 나는 ‘사각사각’ 소리를 듣고 있노라면 왠지 기분이 좋아진다. 머릿속이 복잡할 때 육각형 새 연필을 꺼내 칼로 천천히 깎다 보면 마음이 차분해진다. 그래서일까. 연필 깎는 것을 취미로 삼고 있는 사람이 의외로 많다. 전직 교사로 지금은 밥을 짓고 글을 짓는 것에 최선을 다하고 있다는 서지현 작가의 취미도 연필 깎는 것이다. 연필 깎는 것 말고도 뜨개질, 헝겊인형 만들기, 쌀뜨물 받아 놓기, 복숭아 조림과 사과잼 만들기, 손톱에 봉숭아 물들이기 등 저자는 다양한 삶의 편린에서 아날로그의 멋을 찾는다. 아날로그적인 삶은 닫힌 감각을 열어 우리를 둘러싼 작고 사소한 것에 애정을 느끼고 교감할 수 있게 만들어 준다. 우리가 살아가는 매일의 삶은 누를 때마다 똑딱거리며 나오는 샤프처럼 디지털 느낌이 아닌, 깎을 때마다 나무속에 숨겨진 심의 길이와 모양이 조금씩 달라지는 연필 같은 아날로그다.

한국전기연구원(KERI)은 전기재료연구본부의 ‘미래 모빌리티 배터리 및 전장부품용 금속·그래핀 복합전극 개발’ 성과가 ‘2022년 국가연구개발 우수성과 100선’에 선정됐다고 9일 밝혔다.특히 이 기술은 100선 중에서도 12개 성과만을 뽑는 최우수(기계·소재 부문) 성과에 선정됐다. 해당 성과는 ‘리튬이온전지용 고용량 실리콘·그래핀 복합 음극재 기술’과 ‘전장부품용 저가형 구리·그래핀 복합 잉크 기술’ 등 두 가지로 구성돼 있다. 고용량 실리콘·그래핀 복합 음극재 기술은 리튬이온전지의 차세대 음극 소재인 실리콘(Si)의 단점을 그래핀 도입으로 보완해 상용화 가능성을 크게 높였다는 평가를 받는다. 리튬이온전지는 친환경 전기차·선박·드론·로봇 등의 핵심 부품이다. 실리콘은 기존에 사용되던 흑연보다 에너지 밀도가 10배 높고 충·방전 속도도 빠르다는 장점이 있지만, 충·방전때 300% 수준의 부피 팽창이 일어나고 전기 전도도가 낮다는 단점이 있다. 전기연구원은 이런 문제를 해결하기 위해 전도성이 매우 우수하고 전기화학적으로도 안정된 그래핀을 실리콘과 복합화해 이상적인 리튬이온전지용 고용량 음극재를 제조했다. 전문가들은 실리콘·그래핀 복합 음극재 기술을 전기차에 적용하면 배터리 성능을 높여 주행거리를 20% 이상 늘릴 수 있을 것으로 전망한다. 저가형 구리·그래핀 복합 잉크 기술은 전기가 통하는 잉크로, 각종 전기·전자기기의 부품 제조와 우리나라 소재·부품 산업 전방위에 활용되는 필수 소재다. 전기연구원은 이 잉크 재료로 기존에 쓰이던 은(Silver)의 10분의 1 가격 수준인 구리를 이용했다. 연구팀은 세계 최초로 자체 개발한 ‘액상합성법’을 통해 구리 표면에 그래핀을 효과적으로 합성해 구리의 산화 방지는 물론 잉크를 대량 생산할 수 있는 공정기술을 확보했다. 전기연구원은 이 기술 개발로 수입을 대체하고 소재·부품의 자립화 기반을 구축할 수 있게 됐다고 밝혔다. 기존 고품질의 도전성 은(Silver) 잉크는 일본 등 수입 의존도가 95%에 이른다. 이건웅 전기연구원 전기재료연구본부장은 “전기연의 기술개발 성과는 미래 모빌리티 분야에서 중요한 전기 신소재·부품의 기술 자립 실현 뿐만 아니라 품질과 신뢰성까지 확보하는 데 크게 기여할 것”이라며 “국가연구개발 우수성과 100선 선정은 그동안 노력과 기술 가치를 인정받는 것이어서 매우 기쁘다”고 말했다. 이밖에도 전기연구원의 ‘방사선 암 치료용 선형가속기 및 마그네트론 기술’도 국가연구개발 우수성과 100선에 이름을 올렸다. 이 기술은 진공 공간에서 발생하는 전자빔의 전기 에너지를 고출력 전자기파 에너지로 변환하고, 고에너지 방사선을 방사해 암을 치료하는 의료 핵심기술이다. 그동안 전량 수입에 의존했던 방사선 암 치료기 기술의 국산화를 실현한 성과로 주목을 받았다. 국가연구개발 우수성과 100선 국가 발전을 이끌어온 과학기술의 역할에 대해 국민 이해와 관심을 높이고 과학기술인들의 자긍심을 북돋우기 위해 2006년부터 시작해 해마다 선정한다. 선정된 성과에 대해서는 과학기술정보통신부 장관의 인증서와 현판이 수여되고 관련 규정에 따라 사업 및 기관 평가 등에서 가점을 준다.

포스코케미칼이 배터리 소재 사업의 성장에 힘입어 사상 처음으로 분기 매출 1조원을 넘겼다. 무려 9분기 연속 최대 매출을 경신했고, 영업이익도 분기 사상 최대다. 포스코케미칼은 24일 3분기 매출액 1조533억원에 영업이익 818억원을 기록했다고 공시했다. 전년 동기보다 매출이 108.6%, 영업이익은 159.9% 증가했다. 배터리 소재 사업에서 3분기 무려 7267억원의 매출을 올렸다. 양·음극재 판매량 확대와 판매 단가 상승으로 전년 동기보다 무려 238.9%나 늘어났다. 전체 매출에서 배터리 소재가 차지하는 비중도 42.5%에서 69.0%로 1년 만에 26.5포인트 급등했다. 포스코케미칼은 미국 제너럴모터스(GM)와 함께 캐나다 퀘벡에서 하이니켈 양극재 합작사인 얼티엄캠을 설립, 2 024년 하반기 완공을 목표로 하고 있다. 글로벌 전기차사와 배터리사 등의 다양한 사업 파트너와 함께 북미, 유럽, 중국 등에서 양·음극재 사업 확대도 추진 중이다. 양극재 중간 원료인 전구체의 내재화율을 높이기 위해 지난 7월 3262억원을 투자해 광양에 연 4만5000t톤 규모의 생산 설비를 증설하기로 했다. 이어 지난 9월에는 OCI와의 합작 자회사 피앤오케미칼의 피치 공장 착공으로 음극재 코팅 소재인 피치의 국산화에도 나섰다. 2025년까지 양극재 34만t과 음극재 17만t, 2030년까지 양극재 61만t과 음극재 32만t으로 생산 능력을 지속해서 확대해나갈 예정이다. 포스코케미칼은 “미국 인플레이션감축법(IRA)을 비롯해 세계 각국의 자국 중심 공급망 구축 움직임에 대응해 포스코 그룹과의 원료 분야 협력과 선제 투자를 적극적으로 추진하고 있다”면서 “리튬, 니켈, 흑연 등 배터리 원료를 지속 확보 중인 그룹과의 시너지를 통해 안정적인 원료 공급망을 구축하고, 국내외 생산능력을 더욱 확장해 사업 경쟁력을 강화해 나간다는 방침”이라고 했다.

LG에너지솔루션이 배터리 음극재의 핵심 소재인 천연흑연을 호주 업체로부터 공급받는다. 내년 미국 인플레이션 감축법(IRA) 시행을 앞두고 핵심 원재료 공급망 다변화에 속도를 내고 있는 모양새다. LG에너지솔루션은 호주의 시라(Syrah)와 천연흑연 공급 관련 업무협약을 19일(현지시간) 체결했다고 밝혔다. 2025년부터 양산하는 천연흑연 2000t 공급을 시작으로 양산협력 규모를 확대해 나간다. 양사는 올해 말까지 세부 내용을 협의한 후 최종 공급계약을 체결할 계획이다. 흑연은 배터리 핵심 소재 중 중국 의존도가 가장 높은 광물이다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면 지난해 기준 흑연의 중국산 비율은 70.4%에 달한다. 시라는 세계 최대 흑연 매장지로 불리는 아프리카 모잠비크 광산을 소유해 운영 중이다. 내년부터는 미국 루이지애나(Louisiana)주에 생산공장을 설립해 운영할 계획이다. 시라가 확보한 흑연 광산 및 미국 생산공장을 통해 생산된 원재료를 배터리 제조에 활용하면 전기차 보조금 지급 대상에 포함된다. LG에너지솔루션은 “북미 지역 내에서 양극재 핵심 소재인 리튬·니켈·코발트뿐만 아니라 음극재 핵심 소재인 흑연까지 배터리 핵심 소재에 대한 안정적인 공급망을 한층 강화했다”고 설명했다. 앞서 LG에너지솔루션은 캐나다 광물업체 일렉트라, 아발론, 스노우레이크와 황산코발트 7000t, 수산화리튬 25만 5000t을 공급받기로 했다. 이 밖에도 ▲캐나다 시그마리튬 리튬정광 69만t ▲미국 리튬 생산업체 컴파스 미네랄이 2025년부터 7년간 생산하는 탄산수산화리튬의 40% ▲유럽 리튬 생산업체 독일 벌칸에너지 수산화리튬 4만 5000t ▲호주 라이온타운 수산화리튬 원재료 리튬정광 70만t 등을 확보한 바 있다.

한국은 미국 집중…중국, 미국 진출 대신 유럽 선회유럽이 한국과 중국 전기차 배터리 업체들의 격전장으로 급변하고 있다. 국내 업체들은 미국의 인플레이션 감축법(IRA) 시행을 기회로 북미 시장에 집중하는 틈에 중국 업체들이 유럽으로 선회해 공격적으로 진출하고 있다. 중국 업체들은 IRA로 미국 시장 접근이 사실상 봉쇄되면서 한국이 선점했던 유럽을 대체 시장으로 공략하고 있다. 8일 배터리 업계와 코트라 베이징무역관 등에 따르면 중국 내수 시장을 중심으로 급성장한 이차전지 업체인 CATL(寧德時代·닝더스다이)에 이어 SVOLT 에너지 테크놀로지(蜂巢能源·펑차오에너지) 등이 유럽 시장 진출에 박차를 가하고 있다. CATL은 미국 상원을 통과한 IRA가 하원마저 통과한 지난 8월 12일 헝가리 데브레첸에 73억 4000만 유로(약 10조 3700억원)를 투자해 100GWh(기가와트시) 규모의 공장을 연내 착공하겠다고 밝혔다. 건설기간은 64개월로 잡고 있다. 헝가리 친환경 부문에서 사상 최대의 외국인직접투자(FDI)로, 완공되면 유럽 최대의 기가팩토리다. 이 공장은 벤츠·BMW·스텔란티스·폭스바겐 등 완성차 생산 공장과 가깝다. 또 IRA 때문에 북미에 공장을 짓는 대신 유럽에 제3의 공장을 건립하는 방안을 검토하는 것으로 알려졌다. CATL은 앞서 2019년 첫 유럽 생산기지로 독일 튀링겐주 에르푸트르에 건설 중이다. 생산능력은 14GWh이지만 최근 독일 당국으로부터8GWh만 시범 가동 허가를 받았다. 지난달 9일 SVOLT가 20억유로를 투자해 독일에 두 번째 이차전지 공장을 세우겠다고 밝혔다. 신공장은 브란덴부르크주에 위치했는데 배터리 팩·모듈 생산에 집중하는 기존의 독일 자를란트 공장과 달리 배터리칩 생산에 주력할 예정이다. ● 정부 지원받은 중국 업체들, 원료부터 소재까지중국 기업들이 유럽으로 눈을 돌릴 수 있는 배경은 거대한 내수 시장과 중국 정부의 지원을 토대로 빠르게 성장했기 때문이다. 중국은 전기차 시장의 호황으로 이차전지 탑재량이 지난해 142.8% 급등해 150GWh를 돌파했다. 올해 1~8월 탑재량은 162.1GWh에 달한다. 지난 8월 누적 기준 중국 배터리 탑재량 상위 10개 기업 중 LG에너지솔루션(8위)을 제외한 9곳 모두 중국 업체이다. CATL은 자국에서 47.5%의 점유율로 1위를 차지했다. 게다가 중국 업체들의 기술력과 생산성이 급속히 개선되고 있다. 탄소저감과 배터리 회수 등의 친환경 기준뿐만 아니라 지식재산권 등에서 유럽의 엄격한 기준이 그동안 중국 업체들에겐 진입 장벽이었지만 EU의 기준에 맞추고 있다. 특히 중국 기업들은 배터리의 핵심 원료(리튬·코발트·흑연 등)의 채굴부터 소재 생산까지 수직 계열화를 통해 생산비용을 낮추는 것도 한국 업체엔 위기가 된다. ● “유럽 전기차 시장 40%, 배터리 업체엔 중요”중국 기업들이 유럽 진출을 본격화하면서 유럽을 선점했던 국내 기업들이 긴장감도 높아지고 있다. LG에너지솔루션은 폴란드 브로츠와프에 현재 70GWh 규모의 공장을 운영하고 있다. 2025년까지 유럽에 생산규모를 115Gwh로 늘릴 예정이다. 유럽에 원통형 배터리 신규 공장도 세워 중국의 추격을 따돌리는데 안간힘을 쏟고 있다. SK온은 헝가리 코로몸 1·2공장에서 47.5GWh 규모의 배터리 공장을 가동하고 있다. 또 헝가리 이반차에오는 2024년 가동을 목표로 30GWh 규모의 공장을 한창 짓고 있다. 또 유럽시장 공략에 박차를 가하고자 터키에 30~40GWh 규모의 합작법인 설립도 검토하고 있다. 삼성SDI 역시 2017년 헝가리 과드 PDP 디스플레이 공장을 배터리 공장으로 전환에 성공, 전기차 배터리를 생산하고 있다. 연내에 2공장을 가동할 예정이다.헝가리 배터리 공장에서 생산된 배터리는 BMW, 폭스바겐, 볼보, 리비안 등에 공급된다. 이와 관련, 전기차 배터리 업계 관계자는 “유럽은 전기차 시장의 40%를 차지할 만큼 규모가 큰 데다 굴지의 완성차 업체들도 많아 배터리 업체들에게는 매우 중요한 시장” 이라며 “앞으로 적극적인 투자로 유럽 내 생산기지를 확대해 유럽 시장 영향력을 강화해 나갈 예정”이라고 말했다.

●LG에너지솔루션, 코발트·리튬업체 3곳과 동시 업무협약국내 배터리 업체들이 캐나다 진출을 가속화하고 있다. 배터리 관련 핵심 원재료의 중국 의존도를 낮추려는 한국 기업들이 미국 인플레이션감축법(IRA) 발효에 맞춰 핵심 광물이 풍부한 캐나다의 유치 노력이 맞아떨어진 결과다. 게다가 캐나다는 전기차 거대 시장 미국과 가까운데다 관세 없이 통관이 가능한 자유무역협정(FTA)도 체결한 국가다. 23일 업계에 따르면 LG에너지솔루션이 캐나다 진출에 가장 적극적이다. LG에너지솔루션은 22일(현지시간) 캐나다 광물업체 일렉트라(2023년부터 3년간 황산코발트 7000톤), 아발론(2025년부터 수산화리튬 5만 5000톤), 스노우레이크(2025년부터 10년간 수산화리튬 10만톤)와 각각 업무협약을 맺고, 황산코발트·수산화리튬 등을 공급받기로 했다. 황산코발트는 코발트 전구체 화합물로 양극재의 중요 원료다. 수산화리튬은 고성능·고용량 전기차 배터리의 핵심 원료다. LG에너지솔루션은 앞서 지난 3월 캐나다 온타리오주 윈저에 스텔란티스와 함께 넥스트스타 에너지를 설립 공장을 짓기로 했다. 총 40억달러를 투자해 연간 45기가와트시(GWh) 규모의 배터리를 생산할 계획이다. 공장은 2024년 1분기 배터리 모듈, 2025년 1분기 배터리 전극·셀을 생산할 계획이다. ●포스코케미칼, GM과 합작사…삼성SDI도 설립 러브콜 받아포스코케미칼은 지난 3월 제너럴모터스(GM)와 북미 양극재 합작사 얼티엄캠을 설립, 3억 2700만달러를 투자해 연산 3만t 규모의 하이니켈 양극재 합작 공장을 캐나다 퀘벡주 베캉쿠아에 건설하기로 했다고 밝혔다. 오는 2024년 하반기에 완공될 공장은 향후 GM의 전기차 사업 확대에 따라 단계적으로 증설을 추진한다. 삼성SDI도 최근 캐나다 온타리오 주정부로부터 전기차 배터리 공장 설립 러브콜을 받았다. 삼성SDI 핵심 관계자는 최근 방한했던 빅터 페델리 온타리오 주 경제개발 장관과 회동한 자리에서 배터리 생산 설비 투자와 관련된 논의를 깊이 있게 진행한 것으로 전해졌다. 페델리 장관은 온타리오 주 내에 스텔란티스 등 완성차 기업 공장이 다수 있고 우수한 인력도 있다는 점을 강조한 것으로 전해졌다. 국내 배터리 업게는 핵심 광물에 대한 중국 의존도가 80~90%에 이를 정도로 높다보니 공급망 불안 요소의 대안으로 캐나다를 주목하고 있다. 코트라(KOTRA) 토론토무역관에 따르면 전기차 배터리 생산에 있어 필수인 코발트·흑연·리튬 및 니켈 중 리튬의 경우 전 세계 매장량의 2.5%를 캐나다가 보유하고 있다. 코발트의 경우 작년 캐나다 광산에서 약 2억 캐나다 달러(약 2093억 8400만원)어치인 4000톤의 코발트가 선적됐다.IRA는 2023년부터 전기차 중고차에 대당 최대 4000달러, 신차에 최대 7500달러의 세액공제 혜택을 준다. 다만 북미에서 최종 조립하는 전기차여야 하고, 미국과 자유무역협정(FTA)을 체결한 국가의 배터리 광물조달비율(2023년 40%, 2027년 80%)을 맞춰야 하는 조건을 충족해야 한다. 캐나다는 미국·멕시코와 함께 2025년부터 발효되는 미국·멕시코·캐나다무역협정(USMCA)을 체결했다. 이와 관련, 코트라 토론토무역관은 ‘미국 IRA 통과와 캐나다의 역할’ 보고서에서 “캐나다는 풍부한 자원을 보유하고 있고 정부의 관련 지원책과 투자가 활발히 진행되고 있다”며 “우리 기업에게 기회의 땅이 될 것”이라고 내다봤다.

국내 수입품 중 특정 국가에 대한 의존도가 75% 이상인 품목이 636개로 집계됐다. 수입품 중 특정국 수입 의존도가 90% 이상인 품목도 339개인데, 이 중 중국 의존 품목이 178개로 52.5%를 차지했다. ●‘90% 의존 품목’ 절반은 중국산 김회재 더불어민주당 의원은 29일 산업통상자원부로부터 ‘2022년 상반기 특정국 의존 품목’ 자료를 입수해 이같이 집계했다. 올해 상반기 1000만 달러(약 133억원) 이상 규모 수입품 중 국가별 의존도를 셈했다. 특정국 수입 의존도가 90% 이상인 품목을 많이 보유한 국가는 중국에 이어 일본(48개), 미국(27개), 베트남(9개), 러시아(8개) 등의 순이다. 한국의 차세대 주력 산업인 자동차 배터리 핵심 소재와 반도체 장비 소재·부품·장비 품목의 경우 대중, 대일 의존도가 높았다. 예컨대 상반기에 전기차 배터리 핵심 소재인 리튬염을 11억 6540만 달러어치 수입했는데, 이 가운데 약 97%를 중국에서 들여왔다. 또 다른 배터리 핵심 소재인 산화코발트의 수입액은 9160만 달러인데, 이 중 89%가 중국에서 수입됐다. 인조흑연(91%), 수산화리튬(83%)의 중국 의존도도 높았다. ●웨이퍼 절단기 전량은 일본산 또 반도체 웨이퍼를 개별 칩으로 절단하는 기기는 전량이 일본산이다. 웨이퍼 제조용 도가니(99%), 포토레지스트를 도포·현상·경화시키는 기계(98%) 등의 일본 의존도도 높다.

계명대 산학협력단은 리튬이차전지 음극재 관련 특허 8건을 ㈜투비링크에 이전됐다고 10일 밝혔다. 화학전공 이창섭 교수가 개발한 리튬이차전지 음극재 기술은 지금까지 주로 사용되어 온 흑연의 충전용량이 낮은 문제점을 개선하여 음극재로써 성능을 대폭 향상시킨 것이다. 이창섭 교수 연구팀은 흑연 대신 이론 충전용량이 4,100mAh/g인 실리콘을 도입하여 리튬이차전지의 충·방전 용량을 획기적으로 개선하였다. 또 실리콘의 충·방전 시 문제점으로 나타났던 부피팽창의 문제를 탄소나노섬유와 환원된 그래핀을 사용하여 실리콘과 3차원 네트워크를 구성함으로써 근본적으로 해결하였다. 계명대 화학전공의 이창섭 교수는 지금까지 표면화학, 전기화학, 센서화학 등의 분야에서 143편의 학술논문, 23권의 국내외 저서, 50건의 특허 실적과 15건의 특허기술을 기업체에 이전했다. 김범준 계명대 산학협력단장은 “기업의 수요를 반영한 기술 개발 및 사업화 가능성이 높은 지식재산권 확보를 통해 대학이 가지고 있는 기술을 이전하여 지역 기업들과 새로운 경제효과를 창출하고 있어 산학협력 활성화에도 크게 기여할 것으로 보인다.”고 말했다.

미국이 중국 배제를 위해 전기자동차 보조금 요건을 강화하면서 국내 산업계의 희비가 엇갈리고 있다. 미국 소비자가 전기차를 살 때 최대 1000만원에 이르는 세액공제를 받으려면 미국의 핵심 광물·부품을 일정 비율 이상 사용한 배터리가 장착돼야 하고, 미국에서 생산한 전기차여야 한다. 이에 국내 배터리 기업들은 북미 시장에서 대중 경쟁력이 강화되겠지만, 미국에 전기차 공장이 없는 한국 완성차 업계는 타격이 예상된다. 미국 상원은 지난 7일(현지시간) 가결한 ‘인플레이션 감축법’(IRA)에서 기후변화 대응을 위해 전기차 대중화가 급선무라는 취지로 2009년부터 시작된 연 최대 7500달러(약 979만원)의 세액공제를 유지시키며 두 가지 지급 조건을 신설했다. 우선 리튬, 코발트, 니켈 등 전기차 배터리에 사용된 광물이 40% 이상 미국 및 미국과 자유무역협정(FTA)을 맺은 나라에서 채굴·가공돼야 세액공제액 중 절반을 준다. 이 비율은 2024년에 50%, 2027년에 80%로 올라간다. 중국산 광물을 이용한 배터리를 점차 퇴출하겠다는 의도다. 또 양·음극재, 분리막 등 배터리 주요 부품의 50%가 북미에서 제조돼야 세액공제액의 나머지 절반을 준다. 이 비율도 2027년 80%, 2028년 100%로 높아진다. 이번 조치에 대해 사실상 세계 1위 배터리 기업인 중국 CATL(닝더스다이)을 배제하기 위한 취지라는 평가가 나오는 가운데 LG에너지솔루션·SK온·삼성SDI 등 우리나라 배터리 기업들이 반사이익을 누릴 수 있다는 관측도 제기된다. 다만 중국산 광물과 부품을 대체할 수 있을지가 관건이다. 일례로 리튬의 중국산 점유율은 70%, 흑연은 75%에 달한다. 또 현재 미국 수출 전기차 물량 전체를 국내에서 생산하는 현대자동차와 기아 입장에서 미국 내 생산 물량에만 보조금을 주는 조건은 달갑지 않다. 현대차는 미 조지아주에 전기차 공장을 세울 계획이지만 완공 시점이 2025년이다. 특히 상원은 이번 IRA 법안에서 전기차 회사당 20만대까지만 세액공제를 주는 기존 제도를 폐지해 GM 등 자국 생산 전기차의 경쟁력을 크게 높였다. 태양광·풍력 등 국내 재생에너지 업계는 반색하고 있다. 태양광 패널과 풍력 터빈의 미국 내 제조를 위해 300억 달러(39조원)의 세액공제를 지원하는데, 한화솔루션이 조지아주에서 1.7GW(기가와트) 규모의 모듈공장을 운영 중이며 증설을 진행하고 있다. 민주당이 다수당인 미 하원은 이번 주 중 IRA 법안을 처리할 계획이며 이후 조 바이든 미 대통령이 서명하면 발효된다.

음극재, 배터리 성능·수명에 관여 안정성 장점 흑연, 낮은 밀도 단점밀도 높은 실리콘, 팽창 성질 한계리튬메탈·무음극재 연구 개발 중 실제 개발·상용화에 시간 걸릴 듯 전기차 배터리의 핵심 소재는 단연 양극재다. 주행거리를 결정하고 원가의 무려 40%를 차지하고 있어서다. 그다음이 바로 음극재. 배터리의 성능, 수명과 깊은 연관이 있다. 무엇보다 전기차 혁명의 가장 큰 걸림돌로 꼽히는 답답한 ‘충전 속도’를 획기적으로 개선할 열쇠가 음극재 안에 담겨 있을 것으로 기대된다. ●흑연 혁신이냐, 실리콘 안정화냐 음극재 혁신의 방향은 크게 세 가지다. 기존 소재의 구조 개선이나 차세대 소재 개발 그리고 아예 음극을 없애버리는 방법도 거론되고 있다. 현재는 음극재 원료로 대부분 흑연이 쓰인다. 흑연은 에너지 밀도가 낮은 게 흠이지만, 대신 규칙적이고 안정된 구조를 갖췄다. 크게 천연흑연과 인조흑연으로 구분된다. 둘을 비교하면 천연흑연은 용량 측면에서 우수하고 인조흑연은 안전성에 좀더 초점이 맞춰져 있다. 포스코케미칼은 지난 2월 천연흑연을 활용한 ‘저팽창 음극재’를 독자 기술로 개발했다고 밝혔다. 천연흑연의 치명적인 단점은 바로 흑연층이 벌어져 부푸는 ‘스웰링’(팽창) 현상인데, 포스코케미칼은 소재 구조를 ‘판상형’에서 ‘등방형’으로 개선해 팽창률을 기존보다 25% 낮추는 데 성공했다. 이를 통해 급속충전 성능도 15% 높였고 인조흑연 대비 제조원가도 낮췄다. 2023년부터 양산할 계획이며 제너럴모터스(GM)가 생산하는 전기차 배터리에 들어갈 예정이다. 흑연의 다음 타자는 실리콘이다. 흑연보다 에너지 밀도가 10배나 높다. 배터리 충전 속도를 비약적으로 끌어올릴 수 있는 실마리가 담긴 것으로 기대된다. 문제는 실리콘은 흑연보다 더 쉽게 팽창하는 성질을 갖고 있다는 점이다. 업계는 기존 흑연에 실리콘을 조금씩 첨가하면서, 또 팽창을 억제하는 물질을 함께 넣으면서 실리콘 음극재를 안정화하는 데 집중하고 있다. 현재 실리콘 음극재에 함유된 실리콘은 5~10% 정도다. 이를 최대 20%까지 끌어올릴 수 있을 것으로 보인다. 삼성SDI, SK온 등 대부분 배터리 회사들이 실리콘 음극재를 개발하고 있으나 원조는 LG에너지솔루션이다. LG에너지솔루션은 2019년 세계 최초로 개발한 실리콘 음극재 배터리를 포르쉐의 순수전기차 ‘타이칸’에 탑재하며 가능성을 확인시킨 바 있다. ‘CNT 도전재’라는 물질을 음극재에 집어넣어 실리콘의 팽창 문제를 해결했다고 한다. 배터리사들은 타이칸을 넘어 폭스바겐, 테슬라 등도 조만간 실리콘 음극재 배터리를 탑재할 것으로 기대하고 있다.타이칸 배터리 음극재에 담긴 비밀은 또 있다. 바로 ‘더블레이어코팅’(2종 전극 슬러리 동시 코팅) 기술이다. 전극의 활물질과 첨가제, 용매 등이 혼합된 물질인 ‘슬러리’를 코팅하는 것으로, 음극재를 강화해 배터리의 충전 속도를 크게 높일 수 있다는 설명이다. 타이칸은 현재 20분이면 완전 충전이 가능하다. 이 기술을 개발한 공로로 최상훈 LG에너지솔루션 상무는 지난달 과학기술정보통신부에서 ‘대한민국 엔지니어상’을 받기도 했다. 실리콘 이후에 대한 고민도 있다. 전고체 배터리에서 주로 활용될 것으로 예상되는 ‘리튬메탈배터리’(LMB)에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 음극재로 흑연도, 실리콘도 아닌 리튬메탈을 사용한 배터리다. 충전 속도는 물론 주행거리도 큰 폭으로 늘릴 수 있다는 장점이 있지만 현재 기술로는 화재 위험성이 큰 것으로 알려졌다. 지난해 말 현대자동차를 비롯해 GM, 혼다 등 글로벌 주요 완성차 회사들과 속속 협력 계획을 밝혀 화제가 됐던 미국의 배터리 스타트업 SES가 개발하고 있는 제품이 바로 리튬메탈배터리다.●무음극재 배터리 연구 초기 단계 궁극의 음극재는 결국 ‘존재하지 않는 음극재’다. 마치 불교적 가르침을 떠오르게 하는 이 역설은 업계의 관심사인 ‘무음극 배터리’를 두고서 하는 말이다. 배터리가 시간이 갈수록 용량이 줄어드는 등 ‘수명’이 있는 이유는 결국 충전과 방전 시 리튬이온이 드나들면서 음극재 구조를 변화시키기 때문이다. 만약 음극재 없이 음극 집전체만 있는 상태로 충·방전이 가능하게 만든다면 현재 음극재의 한계를 뛰어넘을 수 있지 않겠느냐는 아이디어다. 전류를 전달하는 역할을 하는 음극 집전체로 현재는 동박을 사용하고 있다. 무음극 배터리는 집전체에 적절한 표면처리를 해 흑연, 실리콘 없이 집전체만으로도 충전이 되게 하는 원리다. 이와 관련한 연구는 초기 단계로 실제 개발과 상용화까지는 상당한 기간이 소요될 전망이다.

국내 연구진이 15분 만에 고속충전을 하면서도 배터리 수명이 줄어들지 않는 기술을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과, 교원창업기업 에스엠랩 공동 연구팀이 전기차 배터리를 15분 만에 충전할 수 있는 단결정 양극(+) 소재를 개발했다. 이번 기술을 활용하면 기존 음극(-) 소재를 그대로 쓰면서 고속충전을 반복할 때 발생하는 수명 저하도 막을 수 있다. 전기차에 들어가는 리튬이온 배터리를 급속충전을 반복하면 전지의 양극과 음극에서 부반응(side reaction)이 발생해 수명이 급격히 떨어진다. 급속충전을 하면 리튬이온이 음극의 흑연 입자 내부로 들어가지 못하고 전해액과 반응해 손실된다. 반면 양극에서는 빠른 속도로 리튬이 드나들게 된다. 이런 충전과 방전이 반복되면 부피가 팽창해 리튬이온이 오갈 수 없게 된다. 즉, 수명이 저하된다는 것이다. 지금까지는 배터리 수명과 충전 속도 개선을 위해 주로 음극 소재를 바꾸는 방식이 연구됐다. 흑연 대신 리튬이나 흑연과 실리콘을 혼합시킨 음극을 써 충전 시간을 줄이려는 것이다. 고속충전을 위해서는 높은 전류를 흘려줘야 하는데 양극 소재를 바꾸면 전극 두께가 얇아져 저항이 적게 걸리면서 더 빠르게 충전이 가능하다. 연구팀은 음극에는 흑연을 그대로 사용하면서 양극 소재와 표면구조를 바꿔 고속충전 특성을 개선했다. 현재 쓰이는 배터리의 양극 소재는 아주 작은 입자들이 뭉쳐진 다결정 형태이고 니켈 함량이 80%, 단가가 비싼 코발트 함량이 5% 이상이다. 이에 연구팀은 니켈 함량을 97%까지 높이고 코발트 2% 미만으로 줄여 가격경쟁력까지 높인 단결정 소재로 양극을 만들었다. 연구팀은 에스엠랩에서 자체 운용 중인 파우치형 리튬이온 배터리 제조설비를 이용해 고속충전 평가를 실시했다. 그 결과, 15분 동안 90%까지 충전을 시키고 완전 방전시키는 것을 300회 반복한 뒤에도 성능 수명이 처음의 85%까지 유지됐다. 그렇지만, 기존 리튬이온 배터리는 똑같은 충전과 방전을 225회 반복시키자 수명 유지율이 40%까지 저하되는 것이 확인됐다. 조재필 UNIST 교수(에스엠랩 대표)는 “이번 연구는 양극의 형상과 표면구조가 고속 충전-방전 특성에 영향을 미친다는 것을 보여주고 있다”며 “이번에 개발한 양극 소재는 고객사 검증을 완료하고 시범 생산 중이며 매출도 발생하는 만큼 실제 전기차에도 쓰일 수 있을 것”이라고 말했다.

수소 사업을 강화하던 코오롱인더스트리가 이차전지 사업에도 본격적으로 진출했다. 코오롱인더스트리는 국내 유일의 리튬 메탈 음극재 소재 제조 기업인 니바코퍼레이션(니바)에 전략적 지분 투자를 했다고 11일 밝혔다. 코오롱인더스트리는 니바에 100억원을 투자하며 2대 주주에 올라섰다. 2016년 설립된 니바는 폐리튬 재활용 및 불순물 제거 기술과 독자적인 박막화 기술을 기반으로 고순도 리튬 메탈 잉곳(금속덩이)·분말 및 포일을 생산하는 기업이다. 리튬메탈은 기존의 흑연·실리콘 음극재를 대체하는 소재다. 음극재 소재로 리튬메탈을 사용할 경우 흑연·실리콘 대비 10배 이상 에너지 밀도를 높이고, 4분의1 수준으로 경량화가 가능해 차세대 이차전지 핵심 소재로 평가받고 있다는 게 회사 측의 설명이다. 전고체 전지에 적용하면 안전성을 높일 수 있고 전기차의 주행거리를 40% 이상 늘릴 수 있어 배터리 산업의 ‘게임 체인저’로 주목받고 있다고 회사 측은 덧붙였다. 코오롱인더스트리는 그동안 수소 사업 역량을 강화하고자 산업용 가스 제조 전문기업 덕양, 이스라엘의 탄소 포집 전문기업 에어로베이션과 업무협약을 체결하는 등 수소 사업을 신성장 동력으로 키우고 있다. 장희구 코오롱인더스트리 사장은 “이번 투자는 전기차 수요뿐만 아니라 4차 산업혁명으로 산업계 전반에서 배터리에 대한 수요가 지속적으로 늘고 있어 차세대 소재 시장을 선점하기 위한 목적”이라며 “이차전지 외에도 수소 등 차세대 미래 먹거리 관련 투자를 지속할 계획”이라고 말했다.

●차세대 소재인 실리콘음극재 기업 인수…2024년 양산포스코그룹이 전기차 보급 확산과 동시에 부각된 이차전지 소재 사업에 박차를 가하고 있다. 차세대 음극재 스타트업을 인수해 밸류체인을 강화하는가 하면 기관 투자자와 증권사 애널리스트들에게 이차전지 성과와 비전을 적극적으로 소개하고 있다. 포스코홀딩스는 테라사이언스와 지난 1일 실리콘음극재 생산기술을 보유한 테라테크노스 지분 100%를 인수하는 계약을 체결했다고 5일 밝혔다. 인수 금액은 478억원으로 알려졌다. 실리콘음극재는 현재 리튬 이온전지에 대부분 사용되는 흑연 음극재보다 에너지 밀도를 4배 정도 높일 수 있어 전기차 주행거리 향상은 물론 충전시간도 단축시킬 수 있는 차세대 음극재로 주목받고 있다. 실리콘음극재 시장 규모는 2030년까지 매년 39%씩 성장할 것으로 포스코홀딩스는 예상한다. 포스코홀딩스는 테라테크노스 인수 후 증설을 통해 2024년 상반기에 실리콘음극재를 양산할 계획이다. ●과거 철강서 올해 이차전지 애널리스트 대거 참가 이날 포스코그룹은 서울 강남구 대치동 포스코센터에서 국내외 기관투자가, 증권사 애널리스트 등 150여명이 참석한 가운데 ‘2022 이차전지 소재사업 밸류데이’를 진행했다. 7일 싱가포르에서도 연다. 포스코그룹의 과거 밸류데이는 철강 중심의 애널리스트들을 대상으로 진행했지만 이번에는 이차전지와 수소 등을 맡고 있는 애널리스트들이 대거 참석한 것이 차이점이다. 포스코그룹은 2010년 리튬 추출 기술 개발을 시작한 이래 ▲양·음극재 사업 본격화▲아르헨티나 리튬 염호 인수, 호주 리튬, 니켈 및 탄자니아 흑연 광산 지분 투자 등 이차전지 원소재 사업 강화 ▲이차전지 리사이클링 사업 진출 ▲차세대 이차전지소재 역량 마련 등 이차전지 소재 공급에 필요한 밸류체인 구축에 힘써왔다. 전중선 포스코홀딩스 경영전략팀장(사장)은 “철강 중심의 사업구조로 인해 포스코홀딩스의 주가 추이는 철강 시황에 따라 등락을 반복하는 순환적 흐름을 보여왔다”며 “이러한 흐름에서 벗어나 성장형 그래프로 전환하기 위해 이차전지 소재, 수소 등 신성장 사업에 집중하고 그룹의 균형 성장을 가속화하겠다”고 말했다. ●올해 양·음극재 매출 1조원 예상…세계 유일 소재 밸류체인 구축 특히 이번 행사에서 아르헨티나 염호, 호주 리튬 및 니켈 광산, 포스코HY클린메탈 등 글로벌 사업현장의 최신 영상을 활용한 가상 체험 기회를 제공해 참석자들의 이해도를 높였다. 유병옥 포스코홀딩스 친환경미래소재팀장(부사장)은 ‘포스코그룹 이차전지소재사업의 과거, 현재 그리고 미래’라는 주제 발표에서 “포스코그룹의 양·음극재 사업은 2015년 매출이 380억원에 불과했으나 올해는 1조원을 넘어설 것으로 전망된다”고 밝혔다. 이경섭 포스코홀딩스 이차전지소재사업추진단장(전무)은 ‘포스코그룹 이차전지소재 사업전략’을 주제로 밸류체인 구축 현황 등을 소개했다. 포스코그룹은 세계에서 유일하게 리튬·니켈·흑연 등 이차전지 원료부터 전구체는 물론 양·음극재 및 차세대 이차전지용 소재까지 생산, 공급하는 밸류체인을 구축하고 있다. 이를 통해 2030년까지 양극재 61만톤, 음극재 32만톤, 리튬 30만톤, 니켈 22만톤 생산 및 판매체제를 구축하여 이차전지 소재사업에서만 매출액 41조원을 달성한다는 계획이다. 포스코그룹은 철강 중심의 사업구조의 다변화를 통해 2030년 철강, 친환경미래소재, 친환경인프라 사업부문의 매출액과 영업이익이 균형을 이루는 성장 구조를 확립한다는 목표를 세워두고 있다.