▲ 인터배터리 2021에 참가한 포스코케미칼 전시 부스 사진

리튬, 니켈, 흑연 등의 원료 기술과 양,음극재 생산 그리고 리사이클링까지 차별화된 밸류체인과 포스코케미칼만의 경쟁력을 조명해 방문객들의 이목을 끌었다. 이번 전시에서는 특히 차세대 R&D 로드맵과 그룹의 친환경 모빌리티 통합 브랜드인 e Autopos 등이 소개됐다.

포스코케미칼은 전시를 통해 소재가 배터리의 용량, 수명, 충전속도 등을 결정하는 핵심이라는 메시지를 전달했다. 전기차 주행거리를 늘리기 위한 하이니켈 NCM, NCMA 양극재와 배터리의 수명과 충전속도 개선을 돕는 천연흑연, 인조흑연, 저팽창 음극재 등을 소개했다.

배터리는 리튬이온이 양극과 음극을 오가며 전기가 발생되는 원리로 작동된다. 배터리 성능 향상 기술과 비중에서 소재는 매우 중요한 역할을 한다. 양극재는 배터리에 리튬을 공급하고, 용량과 출력을 결정한다. 음극재는 배터리 충전시 양극에서 나온 리튬이온을 저장하는 역할을 해 수명과 충전속도를 결정짓는다. 배터리 제조원가에서도 양극재가 40%, 음극재가 12%를 차지한다.

▲ 포스코케미칼 양,음극재 기술 표

특히 이번 전시에선 포스코 케미칼의 차세대 배터리의 양·음극재 개발현황도 R&D로드맵으로 공개됐다.

양극재에서는 △전기차 주행거리를 늘리기 위한 니켈 함량 증대 기술, △Co-Free 양극재 등을 개발하고 있다. 다양한 전기차의 사양에 맞춤형 소재를 빠르게 양산 공급하기 위해 △하이니켈 양극재 플랫폼 기술도 개발 추진한다. 음극재에서는 △저장용량이 높은 실리콘 음극재, △전고체 배터리용 리튬메탈 음극재 등을 선행 개발하고 있다.

NCMA 양극재는 기존의 하이니켈 NCM(니켈,코발트,망간) 양극재에 Al(알루미늄)을 첨가해 제조하는 것으로 전기차 주행거리를 늘리기 위한 대용량 배터리 구현이 가능하면서도 안정성과 출력을 높이고 가격을 낮출 수 있는 소재다.

전기차에 활용되는 하이니켈 배터리에서 용량을 늘릴수록 용량은 늘어난다. 하지만 다른 원재료인 망간과 코발트의 비중이 줄어들며 안정성과 출력은 낮아지기 때문에 니켈 함량을 높이는 데 한계가 있었다. NCMA 양극재는 알루미늄을 활용해 이런 한계점을 보완, 니켈 비중을 높일 수 있었다.

Co-Free 양극재는 코발트를 사용하지 않는대신 니켈 비중을 높여 에너지밀도를 높인다. 가격이 높은 코발트를 사용하지 않아 배터리의 원가 절감도 가능한 소재다.

음극재의 경우에는 고용량의 실리콘으로 음극재를 제조해 흑연계보다 에너지 밀도를 4배 높인다. 소재 특성 상 부피 팽창이 발생해 수명이 짧은 문제가 있어 첨가제 형태로 사용중이다.

리튬메탈 음극재는 음극재를 흑연이나 실리콘이 아닌 메탈로 제조한다. 흑연계 음극재에 비해 에너지 저장용량이 약 10배 커서 배터리의 에너지밀도를 크게 높일 수 있으며 전고체 배터리에 활용될 것으로 전망된다.

특히 포스코케미칼은 이번 전시회에서 그룹차원에서 구축한 배터리 소재 밸류체인과 원료 경쟁력도 소개했다. 국내외에서 진행 중인 배터리 원료 확보 프로젝트를 그래픽과 제품 샘플로 전시했다.

포스코는 양극재 핵심 원료인 리튬을 아르헨티나 염호와 광양 율촌 산단에서 생산할 계획이다. 배터리용량에 결정적인 역할을 하는 소재인 니켈도 지난 5월 호주 레이븐소프 지분인수를 통해 안정적으로 확보했다. 포스코는 전기차 시장의 확장에 대응해 안정적인 원료 확보에 나서 2030년까지 리튬 22만톤, 니켈 10만톤 자체공급 체계를 갖출 예정이다.

포스코케미칼 민경준 대표이사는 이날 개막식에 참석해 “전기차사용이 확대되며 주행거리와 안정성등의 성능을 좌우하는 배터리 소재의 중요성이 더욱 부각되고 있다”며 “원료확보, R&D , 공정기술, 마케팅 등 모든 면에서 차별화된 경쟁력을 갖추고, 글로벌 이차전지소재 탑플레이어로서 시장을 이끌어나갈 것”이라고 말했다.

▲ 포스코그룹 이차전지소재사업 밸류체인