주목받은 차세대 배터리 소재 음극재

스마트기기, 전기차, 드론, 가전, 로봇 등 모든 사물이 배터리로 움직이는 사물배터리(Battery of Things, BoT) 시대가 도래함에 따라 충방전이 가능한 이차전지의 수요가 폭발적으로 증대되고 있다. 특히, 전기차 시장의 급성장과 세계 각국의 신재생에너지 확대정책에 따른 에너지저장시스템(Energy Storage System, ESS) 보급 증가가 이차전지 시장 확대를 주도적으로 견인하고 있다.

리튬이온전지의 4대 핵심 소재는 양극재, 음극재, 분리막, 전해질이다.  이차전지 수요가 급격하게 증가하면서, 국내 이차전지 제조사들은 안정적인 소재 공급 네트워크를 확보하고, 이와 동시에 수직계열화를 위한 기술개발 및 투자에 속도를 내고 있다.

다음은 2차전지의 구조를 간단히 설명해 놓은 그림이다.

2차전지는 1차전지와 달리 방전 후에도 다시 충전해 반복 사용이 가능한 배터리를 말한다. 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지로 양극, 음극, 전해질, 분리막, 용기로 구성된다. 양극재와 음극재 사이의 전해질을 통해 리튬 이온이 이동하는 전기적 흐름에 의해 전기가 발생한다.

양극재는 배터리의 (+)극, 즉 양극을 만드는 소재로 포스코그룹에서는 포스코ESM이 양극재를 생산하고 있다. 포스코ESM에서는 최근 니켈 80% 이상 고용량 Gradient-NCM 활물질도 세계 최초로 양산하는 등 후발주자임에도 불구 기술력에서 세계 유수의 이차전지 활물질 회사와 어깨를 같이 하고 있다.

음극재는 양극에서 나온 리튬을 저장했다가 방출하면서 전기를 발생시키는 역할을 하는 소재로 현재 포스코켐텍이 국내 유일의 음극재 양산 업체다. 포스코켐텍은 지난 11월 음극재 1공장을 종합준공하고 2019년 하반기까지 1단계인 4개의 생산라인을 완공해 연산 2만톤 생산능력을 확보하고 향후 시장 상황에 따라 2021년까지 총 10개의 생산라인을 순차적으로 증설해 연산 5만톤 규모로 확장할 계획이다.

배터리 소재 기업들은 실리콘 음극재 상용화에 전력을 쏟는다. 포스코그룹은 오는 2030년까지 실리콘 음극재 등 차세대 소재 9400T 양산체제를 구축할 예정이다. 실리콘 음극재 생산기술을 갖춘 포스코 실리ㅅ콘 솔루션은 경북 포항시 영일만 산단에 실리콘 음극재 1단계 생산설비를 짓고 있다. LG화학은 100% 실리콘을 사용한 퓨어 실리콘 음극재를 개발 중이다. SK머티리얼즈, SKC,한솔케미칼 등도 실리콘 음극재 생산기술 설비투자에 뛰어들었다.

주목받는 차세대 배터리 소재

실리콘음극재

◎ 배터리용 음극재에 흑연외에 실리콘 활용

장점 : 에너지 밀도 높아 주행거리 증가, 충전시간 단축

단점 : 흑연 음극재 대비 비싼 가격

음극재 수요 전망

국내 음극재 사업현황

엘앤에프	일본 미쓰비시와 MOU음극재 시장 첫 진출
	한국에 생산라인 구축
포스코퓨처엠	연 8.2만톤 천연 인조흑연 음극재 양산
	2030년까지 32만톤 까지확대예정
포스코-SKC	리튬메탈 음극재개발,2026년 상용화 목표
롯데케미칼	2025년리튬메탈 음극재 생산라인 구축 검토
SK머티리얼즈그룹14	연2000톤 실리콘 음극재 공장 완공 하반기 생산
포스코실리콘솔루션	올6월 실리콘 음극재 공장착공 2030년 2.5만톤 생산능력
LG화학	100% 퓨어 실리콘 음극재 개발 추진
대주전자재료	연2000톤실리콘 음극재 생산 향후 20000톤 사업확대

 

중국이 선두로 달리는 나트륨이온 배터리도 눈길을 끈다 최근 세계 최대 배터리 기업인 중국CATL에 나트륨배터리 양산계획을 밝힌데이어 중국 전구체 생산기업 거린메이(GEM)도 나트륨 배터리용 양극재 사업 진출을 선언했다. 

한국 정부는 지난13일 배터리 주요기업 및 관련 협회 연구소 등과 2차전지 민 관 협의체를 출범했다. 차세대 배터리용 연구개발 (R&D)지원에 나설 방침이다 상기 언급한 리튬이온전지의 기술적 한계 극복을 위해서는, 새로운 전지 소재 및 셀 구조 다양화 등을 포함하는 새로운 개념의 이차전지 기술 개발이 필요하다