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[에너지현장]포스코케미칼, 전기차 시장에 본격 ‘시동’
2020년 8월 1일 (토) 00:00:00 |   지면 발행 ( 2020년 8월호 - 전체 보기 )

포스코케미칼, 전기차 시장에 본격 ‘시동’
배터리 소재 국산화로 시장 선점 나선다

유럽 등에서 내연기관차의 생산과 판매를 중단하겠고 선언한 나라들이 늘어나면서 전기차 시장이 급성장 하고 있다. 글로벌 시장조사 전문기업 프로스트앤설리번(Frost & Sullivan)은 올해 전기차 판매량을 최대 250만 대로 예상했다. 코로나19와 글로벌 경기 침체로 지난해 전기차 성장률이 8.8%에 그치긴 했지만 올해 회복세를 꾸준히 유지하며 자동차 시장 점유율을 높일 것으로 예측한 것이다. 때문에 전기차 성능과 직결된 배터리 기술 확보를 위한 글로벌 경쟁이 치열하다. (메인 사진 : 배터리 셀 품질 테스트를 하는 포스코케미칼 에너지소재연구소의 모습)
 
김수진 기자 자료 포스코케미컬
 
포스코케미칼이 전기차 배터리 핵심소재인 양·음극재 양산 체제 확대 등 기술 확보를 통해 시장 선점에 공격적으로 나서고 있어 업계의 주목을 받고 있다. 급증하는 2차 전지 수요에 선제적으로 대응하기 위해서는 전기차 배터리 소재의 국산화가 가장 절실하다고 판단했기 때문이다. 최정우 포스코 회장은 지난 7월 전기차 배터리 인조흑연 음극재 생산공장 착공식 현장에서 “전기차 시대의 본격 도래를 앞두고 국산화가 반드시 필요했던 소재를 우리 손으로 직접 개발하고 양산하게 됐다”며 “한국 배터리 산업 경쟁력 확보, 기업 미래 성장을 위한 중요한 도약의 순간”이라며 기술 확보 필요성을 강하게 드러냈다.
 
인조흑연 음극재 국내 최초 국산화 나선다
전기차 핵심인 배터리 시장에서 경쟁력을 갖추기 위해서는 기술과 재료 확보에 달려있다. 지난해 한국무역보험공사가 발표한 「차량용 2차 전지 산업 동향」에 게재된 중국·일본 대비 한국 배터리 산업 경쟁력 평가(2018년 기준)에 따르면 한국은 기술·시장·잠재력·환경 4개 분야 종합 경쟁력에서 7.45점을 받아 중국(8.36)과 일본(8.04)와 비교해 가장 낮은 점수를 받았다. 이중 배터리 산업의 경쟁력의 가장 큰 걸림돌로 낮은 원재료 자급률인 것으로 조사됐다. 원재료 자급률이 낮다보니 기술개발과 연구가 늦어질 수밖에 없다. 그래서 많은 기업들이 재료 국산화를 통한 기술 확보에 사활을 걸고 있다. 이러한 가운데 포스코케미컬이 배터리 주 원료 국산화와 생산 기지 확대에 나서고 있다는 점에 주목할 필요가 있다.
 
지난 7월 포스코케미칼은 인조흑연 음극재 국산화에 나섰다. 포항시 블루밸리국가산업단지 내 7만8,535 ㎡ 부지에 2,177억 원을 투자해 건립되는 인조흑연 음극재 공장은 단계적으로 조성돼 2023년 완공을 목표로 한다. 이 공장이 생산할 음극재는 1만6,000톤 규모로 60 ㎾h 기준의 전기차 약 42만 대에 공급할 수 있는 수준이다.
 
음극재는 배터리 핵심소재 중 하나로 충전 시 양극에서 방출된 리튬 이온을 저장했다가 방전 시 방출하는 역할을 한다. 구조가 안정적이면서 가격이 저렴한 흑연이 주로 사용되는데 원료에 따라 인조흑연계와 천연흑연계로 나뉜다. 인조흑연 음극재는 고온에서 결정성을 높여 제조해, 천연계 제품에 비해 소재 구조가 균일하고 안정적인 특징이 있다. 따라서 전기차 배터리에 필수적인 장수명과 급속충전 성능 구현에 필요한 소재다.
 
인조흑연은 열처리 기술이 뛰어난 일본이, 천연흑연은 자원이 풍부한 중국이 시장을 주도해왔으며 시장 규모만 18억 달러(2018년 기준)다. 최근 인조흑연 비중이 증가하는 추세로 국내에서도 인조흑연 개발을 위한 다양한 연구가 진행돼 왔다. 따라서 이번 포스코케미컬의 국산화 성공과 생산공장 착공은 세계 배터리 시장에서 높은 경쟁력을 갖출 수 있는 계기가 될 것으로 평가된다.
 
포스코케미칼은 인조흑연 원료인 침상코크스도 자회사인 피엠씨텍을 통해 생산, 원료부터 공정까지 완전한국산화를 이뤄낼 계획이다. 이를 통해 안정적인 원료 공급이 가능할 뿐 아니라 탄소소재 사업 밸류체인을 고도화하고 부가가치도 극대화하겠다는 전략이다. 
 
포스코케미칼의 음극재 기술 확보 사업은 오래전부터 진행돼 왔다. 앞서 지난 2011년 처음으로 음극재 사업에 진출해 국내 최초로 천연흑연계 음극재 양산에 성공하는 등 국내 2차 전지 소재 산업 발전을 이끌고 있다는게 업계의 평이다. 또한 지난 2019년에는 충남 세종시에 음극재 2공장(연산 2만 톤 규모)을 가동하면서 연간 4만4000 톤의 음극재 생산능력을 확보했다. 또한 자체 기술로 개발한 ‘인조흑연 성능 발현 천연흑연 음극재’ 생산 추진에도 나섰다. 이를 통해 천연흑연을 원료로 활용해 생산단가를 크게 낮추면서도 인조흑연의 장수명, 고속충전 특성은 그대로 보유해 차세대 전기차 배터리 등에 폭넓게 활용가능하다.
 
포스코케미칼 관계자는 “코로나 19 등으로 글로벌 경제 불확실성이 높아진 상황에서도, 포스코 그룹 차원에서 신성장 동력으로 추진해 온 이차전지 소재사업의 연구 개발과 선제적 투자로 미래 성장을 이어갈 수 있게 됐다”고 자평했다.
 
스코케미칼 인조흑연 음극재 공장 착공식
포스코케미칼이 조성하고 있는 음극재 2공장과 부지 전경
스마트팩토리 공정 혁신이 적용된 포스코케미칼 음극재 2공장 생산설비
양극재 광양공장 준공식에서 사업 관계자들이 스위칭온 세레모니로 공장 가동을 시작하고 있다.

NCMA·하이니켈 등 양극재 생산으로 시장 선점
이에 앞서 지난 6월 포스코케미칼은 배터리 핵심소재인 NCMA 양극재 개발에도 성공했다. NCMA 양극재는 기존의 하이니켈 NCM(니켈·코발트·망간 조성) 양극재에 알루미늄(Al)을 첨가해 제조하는 것으로, 전기차 주행거리를 늘리기 위해 꼭 필요한 대용량 배터리 구현이 가능하면서도 안정성과 출력을 높이고 가격은 낮출 수 있는 소재다.
 
일반적으로 전기차에 활용되는 하이니켈 배터리에서 니켈 비중을 높일수록 용량은 늘어난다. 하지만 다른 원재료인 망간과 코발트의 비중이 줄어들면서 안정성과 출력은 낮아지기 때문에 니켈 함량을 80~90% 이상으로 높이는 데는 기술적인 한계점이 있었다. NCMA 양극재는 알루미늄을 활용해 이런 한계점을 보완함으로써 니켈 비중을 높일 수 있다.
 
이번에 개발한 NCMA양극재는 니켈 함량을 80% 이상으로 늘려 배터리 용량을 크게 높이면서 독자 개발한 Al 도핑 공정으로 소재의 물리적 구조 내에 알루미늄을 균일하게 배열하고 표면코팅 기술을 적용해 출력과 안정성을 함께 향상시켰다.
 
지금까지 전기차 배터리 시장은 용량과 안정성에 장점이 있는 NCM 양극재와 출력에 장점이 있는 NCA 양극재가 양분해왔다. 하지만 전기차의 주행거리를 늘리기 위해 글로벌 배터리 제조사들은 이 두 소재의 장점이 함께 발현될 수 있는 차세대 소재로 NCMA 양극재를 지목하고 기술 개발을 서둘러왔다.
 
NCMA 양극재는 1회 충전으로 500~600 ㎞를 주행할 수 있는 3세대 전기차에 적용된다. 업계에서는 3세대 전기차가 상용화되면 내연기관 자동차와의 본격적인 경쟁이 가능해 전기차 대중화의 기폭제가 될 것으로 보고 있다. 또한 가격이 높고 변동성이 큰 희소금속인 코발트의 원가 부담을 줄어들면 배터리 가격도 크게 낮출 수 있게 된다. 포스코케미칼 측은 글로벌 전기차 시장이 2020년 약 300만 대에서 2025년에는 930만 대 이상으로 연평균 25% 이상 성장할 것으로 전망한다. 따라서 차세대 소재 혁신을 통해 급성장하는 전기차 배터리 시장 공략을 강화한다는 계획이다.
 
하이니켈 양극재 양산에도 박차를 가하고 있다. 포스코케미칼은 지난 5월에는 전남 광양시에 건설 중인 양극재 광양공장의 2단계 생산라인(연산 2만5,000톤 규모) 준공식을 열었다. 이를 통해 포스코케미칼은 전기차 배터리용 하이니켈 양극재를 생산하는 광양공장의 생산 능력을 연 5,000톤에서 3만 톤으로 크게 끌어올렸다. 다품종 소량 생산체제로 운영 중인 연산 1만 톤 규모의 구미공장을 포함하면 연 4만 톤의 양극재 생산 능력을 확보하게 됐다.
 
광양공장의 확장 준공은 전기차 시장의 성장에 따라 수요가 급증하는 하이니켈 양극재의 양산 기반을 적기에 구축했다는 데 의미가 깊다. 코로나19 등으로 글로벌 경제의 불확실성이 높아진 상황에서 배터리소재 사업의 선제적 투자로 미래 성장을 이어간다는 계획이다.
 
포스코케미칼은 2018년 8월부터 광양 율촌산단에 축구장 20개 크기인 16만5,203 ㎡ 면적으로 하이니켈 NCM 양극재 공장을 건설하고 있다. 포스코케미칼은 이번 증설로 연 3만 톤 생산 체제를 확보한 광양공장을 시장 상황에 따라 연산 9만 톤 규모까지 확장해 나갈 계획이다. 60 ㎾h급 고성능 전기차 배터리 약 75만 대에 공급할 수 있는 수준이다. 광양공장에서 생산된 양극재는 국내를 비롯해 유럽, 중국, 미국 등의 전기차 배터리 생산 라인에 공급된다.
 
광양공장은 최첨단 스마트팩토리 기술을 적용해 원료, 전구체, 반제품, 제품을 실시간으로 자동 이송하는 시스템을 도입, 자동화 창고와 제품설계, 공정관리, 출하관리가 일원화된 통합관제 센터를 운영하는 등 높은 생산성과 안정적 품질관리로 경쟁력을 확보했다.
 
포스코케미칼 관계자는 “양극재 시장이 지난해 46만 톤에서 올해 61만 톤, 2025년 275만 톤으로 연평균 33%이상 성장할 것으로 전망되는 만큼 수요에 발 빠르게 대응하기 위해 투자를 이어갈 필요성이 있다”고 증설 이유를 밝혔다.
 
2019년 3월 27일 포항 본사에서 진행된‘포스코케미칼 사명 변경 및 창립 48주년 기념’행사 모습
양극재를 생산하는 포스코ESM 구미공장의 소성공정 라인

“배터리 양극재 시장, 기업 미래 먹거리”
최근 포스코케미칼이 배터리 기술 확보 및 양산에 적극 나서게 된 이유는 전기차 시장이 앞으로 더욱 확대될 것으로 예측하고 관련 기술력을 한데로 모으는 경쟁력 확보가 시급하다고 판단했기 때문이다.
 
이에 따라 지난해 포스코 그룹은 2차 전지 소재 사업이야 말로 미래성장 동력이 될 것이라고 판단, 포스코켐텍과 포스코ESM을 통합해 포스코케미컬로 출범시켰다. 이를 통해 2030년까지 세계 시장 점유율을 20% 달성하고 매출 17조 원을 이루겠다는 목표도 세웠다.
 
실제로 시장조사업체 SNE리서치가 올해 발간한 ‘리튬이차전지 양극재 기술동향 및 시장전망’보고서에 따르면 양극재 시장수요량은 2025년 약 275만 톤까지 늘어날 것으로 추정, 지난해(약 46만 톤) 대비 6배 증가, 연평균 성장률 33.3%가 될 것으로 예측했다. 또한 ESS 시장 성장과 소형 전지 등 다양한 수요처 발생으로 관련 수요가 증가할 것이며 양극재 개발은 고용량화, 고안전화, 저가격화 위주로 활발히 진행될 것으로 예측했다.
 
포스코케미칼은 이러한 시장 변화에 따라 에너지 소재 분야의 선도기업으로 발돋움하고자 한다. 이를 위해 양·음극재 사업의 통합 시너지를 강화하고 원료경쟁력을 기반으로 케미칼 밸류 체인을 확대해나갈 예정이다. 또한 내화물 분야의 글로벌 선도기업과 제휴를 강화해 내화물 토탈 솔루션 체제를 구축하고, 사업 경쟁력을 확보한다는 방침이다.
 
이를 위해 관련 연구 개발에도 총력을 기울이고 있다. 지난해 포스텍(POSTEC)과 산학연구 협약을 맺고 에너지 연구 및 인력 육성에 적극 지원에 나섰다. 협약에 따라 포스코케미칼은 5년 간 연구비 15억 원을 지원하고 산학일체연구센터를 공동으로 구축할 계획이다. 포스코케미칼은 포스텍과 함께 △ 이차전지소재, △ 탄소소재, △ 화학소재 등 세 가지 분야의 공동연구를 통해 산학협력을 강화하고, 산학연 파견 및 장학생 제도 등을 통해 전문인력을 양성한다는 계획도 세웠다. 포스코케미칼은 2024년 5월까지 1단계 협력을 통해 고성능 양·음극재 배터리와 프리미엄급 신규 활성탄 소재 개발 등 세계적인 기술력을 확보할 예정이다.

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태그 : 포스코케미칼 배터리 2차전지 음극재 양그재
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