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  • 기사등록 2021-06-14 10:44:44
  • 수정 2021-08-13 16:28:46
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전 세계적으로 전기차의 수요가 급증함에 따라 전기차를 구동하는 이차전지(배터리) 시장도 뜨겁게 달아오르고 있다. LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK이노베이션을 중심으로 세계 시장에서 두각을 나타내고 있는 K-배터리 역시 급성장하고 있으며 배터리에 들어가는 4대 주요소재인 양극재, 음극재, 전해질, 분리막에 대해 더 나은 성능을 구현하기 위해 다양한 연구개발이 진행되고 있다.


지난 9일부터 11일까지 서울 코엑스 A홀에서 진행된 ‘인터배터리2021'에 배터리 소재와 관련된 대표 기업들도 다수 자리해, 배터리 소재업계의 동향과 미래 비전을 제시했다.


이번 전시회에 참가한 소재 관련 주요 기업으로는 △에코프로비엠 △엘앤에프 △포스코케미칼 △한국다우케미칼 △코스모신소재 △유미코아 △주식회사 엔켐 △동화일렉트로라이트 △세븐킹에너지 △한국메탈실리콘 △이메리스지씨코리아 △그라튜브 △송암교역 등이다.


▲ 전시회에 참여한 에코프로비엠의 부스 전경


▲ 전시회에 참여한 엘앤에프의 부스 전경


▲ 포스코케미칼 전시부스에 마련된 양극재 원료 사진


■양극재, NCMA 하이니켈 트렌드

양극재 기업들의 동향을 살펴보면 니켈양을 늘리는 하이니켈 트렌드가 가장 눈에 띈다. 기존의 NCM(니켈,코발트,망간)의 양극재에 알루미늄을 첨가해 NCMA 양극재로 제조해 전기차의 주행거리를 늘릴 수 있는 대용량 배터리 구현이 가능하다.

게다가 안정성이나 출력도 높아지는 한편 가격은 낮출 수 있어 앞으로 양극재는 하이니켈과 알루미늄이 첨가된 소재가 주목을 받을 전망이다.

이번 전시회에서는 에코비엠프로, 엘앤에프, 포스코케미칼, 코스모신소재, 한국 유미코아 등이 양극재를 전시했다.

▲ 포스코케미칼 전시부스에 마련된 음극재 원료 사진


■음극재, 결국은 실리콘·리튬메탈

음극재의 트렌드는 고용량 실리콘을 사용해 기존 흑연계보다 에너지밀도를 높이는 것이다. 그러나 실리콘 음극재의 경우 소재의 특성상 부피가 팽창해 수명이 짧아지는 경우가 있어, 실리콘을 첨가제 형태로 사용한다.

리튬메탈 음극재는 기존의 흑연이나 차세대 실리콘이 아닌 메탈을 이용한다. 흑연계 음극재보다 에너지 저장이 10배가량 커진다. 이는 전고체 배터리에 주로 사용될 것으로 전망되고 있다.

전문가들은 향후 음극재 소재로 결국엔 실리콘계열이나 리튬메탈이 쓰이겠지만 현재로서는 기존의 천연흑연 및 인조흑연도 무시할 수 없다고 말한다. 흑연 시장은 각각 해마다 24%, 30%이상 성장 중인데 특히 인조흑연 음극재의 비중이 계속 증가하고 있다.

이번 전시회에서는 포스코케미칼, 한국메탈실리콘, 이메리스지씨코리아 등이 음극재 관련 소재들을 출품했다.


▲ 코엑스에 차려진 동화일렉트로라이트 부스 로고 사진


■전해액, 전기화학적 안정성 관건

현재 리튬이차전지용 전해액으로 가장 많이 사용되고 있는 액체 전해질은 수명이 상대적으로 짧고 전해질이 가연성 액체여서 고열에 폭발할 위험이 높다. 이 때문에 기업들은 고성능·고안정성 전해액을 개발하기 위해 다양한 포뮬레이션을 적용하고 첨가제를 연구하고 있다.

SNE리서치에 따르면 배터리 전해액의 수요는 2019년 13.5만톤에서 2025년 109.3만톤으로 연평균 42% 성장할 전망이다. 발화이슈에 안정성을 높인 전해액의 수요가 증가하고 있다. 이번 전시회에서는 엔켐, 동화일렉트로라이트가 전해액 관련으로 출품해 전시에 참여했다.

한편, 차세대 배터리로 각광받는 전고체배터리 연구도 활발하다. 전고체배터리는 기존 리튬이온전지의 전해액을 빼고 산화물, 황화물, 폴리머 등 고체 전해질을 넣은 것이다.

업계 전문가들은 가장 전망이 밝은 전해질 종류로 황화물계를 꼽고 있다. 황화물계는 일본의 도요타와 한국의 삼성SDI 등이, 산화물계는 스타트업 등이 연구중이다. 전문가들은 향후 2035년 이후 전고체배터리가 전체 배터리 시장을 리드할 것으로 예견하고 있다.

이번 전시회에서는 세븐킹에너지, 씨아이에스 등이 전고체배터리 관련 제품을 전시했다.

▲ SKIET의 CI


■안정성 확보에 큰 관건, 분리막

분리막의 역할은 배터리 내부에서 양극과 음극이 접촉하지 않도록 분리해 배터리가 안전하게 구동할 수 있도록 해주는 역할을 해준다. 배터리 전체 원가 중 분리막이 차지하는 비중은 15~20% 정도로 양극재가 40%를 차지하는 것과 비교하면 다소 적은 부분을 차지한다.

하지만 분리막의 중요성은 매우 크다. 상대적으로 단가가 저렴한 분리막을 사용하다가 화재사고가 일어나는 경우도 있기 때문이다.

분리막은 습식과 건식으로 나뉘는데 습식분리막이 전기차 배터리에 사용되며, 제조과정이 복잡하고 박막화가 가능해 높은 에너지밀도 확보가 가능하다. 해당 필름을 얇고 균일하게, 내구성과 기능성을 유지하며 만드는 것이 분리막 기술의 핵심이다.

국내 분리막 시장은 에스케이아이이티가 주도적으로 하고 있으며 일본과 중국의 분리막 회사들과 경쟁중이다.

SNE리서치에 따르면 세계 분리막 시장의 사용량은 지난해 전체 42억 제곱미터에서 2025년 192억 제곱미터로 4.5배가량 성장할 전망이다.

세계 배터리 시장에서 한··일의 경쟁이 심화되고 있는 가운데 배터리를 미래 먹거리 산업으로 만들기 위해선 대·중소기업의 산업 생태계 구축이 필수다. ‘인터배터리2021'를 주관한 한국전지산업협회의 구회진 상무는 세계 배터리 소재 시장이 연평균 15% 성장하고 있는 가운데 양극재와 음극재는 고용량·저가격화를 위한 신소재 개발이, 전해액과 분리막은 고전압·고온에서도 안전성을 유지하기 위한 전고체 개발 및 코팅 강화 등이 추진되고 있다고 밝혔다.

또한 배터리 경쟁력을 좌우하는 소재·부품·장비 발전을 위해선 중소기업의 역할이 크기 때문에 정부의 기술개발 지원과 함께 대기업 연계 R&D 등이 필요한 상황이라며 “7월에 정부가 발표할 예정인 이차전지 산업발전 방안을 계기로 협회에서도 대·중소 R&D 협력과제를 지원하고 세제 지원, 규제 개선 등을 건의해 K-배터리 산업 생태계 구축에 일익을 담당하겠다고 전했다.



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