포스코케미칼 등이 인조흑연 기반 배터리 음극재에 주목하는 이유는?
포스코케미칼 등이 인조흑연 기반 배터리 음극재에 주목하는 이유는?
  • 박상우 기자
  • 승인 2021.08.17 16:25
  • 댓글 0
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음극재에 주로 사용되는 흑연.

[M오토데일리 박상우 기자] 미국 대표 정유업체인 필립스66(Phillips 66)이 최근 1억5천만달러(1,764억원)를 투입해 호주의 배터리 소재업체인 노보닉스 지분 16%를 인수했다.

필립스66은 원유를 휘발유와 항공연료 등 석유제품으로 정제하는 과정에서 발생하는 부산물을 이용한 리튬이온배터리 소재를 개발하고 있다. 필립스66은 이 배터리 소재 부문을 육성하기 위해 인조흑연 음극재 기술을 보유한 노보닉스의 지분을 인수한 것으로 보인다.

지난 2012년에 설립된 노보닉스는 2017년 미국의 배터리 엔지니어링 컨설팅 기업인 쿨로메트릭스와 배터리용 소재 개발업체인 퓨어그래파이트를 설립했으며 현재 미국 테네시주 채터누가에 있는 2개의 공장에서 인조흑연 기반 배터리용 음극재를 생산하고 있다.

노보닉스는 인조흑연 음극재 생산능력을 확대하기 위해 지난 6월 미국 테네시주 채터누가에 있는 폐공장을 구입했으며 이곳을 연간 8천톤의 음극재를 생산하는 공장으로 개조할 계획이다.

배터리 수명에 가장 중요한 역할을 하는 음극재는 대부분 흑연이 사용된다. 흑연은 구조적 안정성, 낮은 전자 화학 반응성, 많은 리튬 이온 저장 능력, 저렴한 가격 등의 조건을 갖추고 있기 때문이다. 이 흑연은 원료에 따라 인조흑연계와 천연흑연계로 나눠진다.

인조흑연 음극재는 고온의 제조 공정에서 결정성을 높일 수 있어 천연흑연 제품보다 내부 구조가 균일하다. 특히 리튬 이온의 이동 경로가 많아서 효율이 높아 급속충전에 유리하고 등방형 구조의 안정적인 상태이기 때문에 천연흑연보다 상대적으로 스웰링이 적고 배터리 수명을 늘릴 수 있다.

인조흑연 음극재는 이런 특성으로 전기차 배터리에 필수적인 긴 수명과 급속충전에 장점이 있으나 천연흑연보다 비싸다.

반면 천연흑연은 땅속에서 탄소 성분이 오랜 시간 고온/고압 상태로 층층이 쌓인 판상형 형태를 띠는데 판상형 사이의 틈으로 리튬 이온이 이동하면서 전류가 흐른다.

그러나 전류의 이동 경로가 양옆 두 곳밖에 없어서 충·방전 효율이 떨어지는데 층이 벌어져서 부풀어지는 배터리 스웰링 현상이 발생한다. 다만 원가와 용량이 인조흑연보다 유리하다.

이 때문에 인조흑연 기반 음극재를 사용하는 업체들이 늘어나고 있다. 일부 업체는 음극재에 쳔연흑연과 인조흑연을 혼합해 사용하기도 한다.

업계에서는 인조흑연 기반 음극재를 중심으로 글로벌 흑연 전극 시장이 지난해 108억달러(약 13조원)에서 2026년까지 145억달러(약 16조원)로 성장할 것으로 전망하고 있다. 이런 이유로 흑연 전극 기술을 보유한 업체들이 관련 투자를 늘리고 있다.

인조흑연 음극재 국산화에 성공한 포스코케미칼은 지난해 7월 포항시 동해면에서 인조흑연 음극재 생산공장을 착공했다. 이 공장은 오는 2023년에 완공될 예정이며 총 2,177억원이 투입된다.

이 공장의 규모는 서울 상암 축구장의 약 11배에 달하며 연간 생산량은 1만6천톤이다. 연산 1만6천톤은 전기차 1대당 필요한 음극재양이 약 38kg인 것을 감안하면 50kWh 기준 전기차 약 36만대에 공급할 수 있는 양이다.

이와 함께 포스코케미칼은 세종시에 있는 음극재 2공장의 생산능력을 확대하고자 2단계 공사를 진행하고 있다. 포스코케미칼은 현재 세종시에 있는 2개의 공장에서 천연흑연 기반 음극재를 생산하고 있다.

1공장은 지난 2018년에 준공됐으며 연간 생산 규모는 2만4천톤이다. 2019년에는 연산 2만톤 규모의 2공장 1단계를 준공, 총 4만4천톤의 음극재 생산능력을 확보했다. 2공장 2단계 공사는 내년에 완료되며 2공장의 연산 규모는 5만2천톤까지 확대된다.

포스코케미칼은 이를 통해 음극재 생산능력을 2025년 17만톤, 2030년 26만톤까지 확대한다는 방침이다.

 


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