[대한민국 희망프로젝트]<703>전구체

GM의 차세대 얼티엄 배터리와 전기차 플랫폼.

최근 이차전지가 전기자동차 시장을 뜨겁게 달구고 있습니다. 충전을 통해 여러 번 사용할 수 있는 것이 이차전지의 기본 개념입니다. 이 같은 이차전지가 전기차에 탑재되면서 차량 보급이 확대되고 전기차 시대가 활짝 열리고 있습니다. 특히 이차전지는 올해를 기점으로 전기차 탑재가 폭발적으로 늘어날 것으로 예상됩니다. 이러한 이차전지는 핵심 소재인 양극재를 통해 에너지 밀도를 올리는데요. 양극재 주원료인 전구체가 이차전지 성능 강화에 중요한 역할을 하는데 전구체가 무엇인지 엘앤에프, 에코프로비엠, 포스코케미칼, 코스모신소재가 중국산 전구체를 국산화할 수 있을지 알아보겠습니다.

리튬이온배터리 충방전 원리<자료=삼성SDI>

Q:전구체가 어떤 건가요?

A:전구체는 이차전지 4대 소재인 양극재 주요 원료입니다. 양극재는 이차전지 제조 단가 30% 이상 차지하는 핵심 소재로 이차전지 에너지 밀도를 올리는 역할을 합니다. 양극재 주원료인 전구체는 희귀 금속인 니켈(Ni)·코발트(Co)·망간(Mn), 알루미늄(Al) 등을 원재료로 합니다.

전구체는 입자크기에 따라 대립경과 소립경으로 분류됩니다. 입자크기가 큰 대립경은 원래 중국 생산 비중이 높은데요. 중국은 니켈, 코발트 등 세계적 에너지 자원 대국으로 전구체와 양극재, 배터리 완제품까지 이어지는 생산체계를 구축했습니다. 우리나라는 중국으로부터 전구체를 대부분 수입하고 있어 국산화가 시급하다는 지적도 있습니다.

Q:전구체 중국에서 공급받는 규모가 얼마나 되나요.

A:중국은 양극재 제조에 필요한 전구체와 리튬까지 전부 보유하고 있습니다. 이에 따라 고순도 전구체 제조가 가능한 건데요. 관세청 수출입 무역통계를 살펴봐도 우리나라가 매년 중국에서 대규모 전구체를 공급받고 있다는 것을 파악할 수 있습니다. 실제로 무역통계에 따르면 지난해 우리나라에 세계적으로 11만970톤의 전구체가 수입됐습니다. 이 가운데 중국 물량이 10만1097톤을 차지했습니다. 사실상 90% 이상이 중국산이라는 얘기인데요. 올해 전구체 공급 규모는 더욱 늘어날 수 있을 것으로 예측되고 있습니다. 코로나19 여파가 지난해 하반기부터 상대적으로 누그러지면서 전구체 공급 규모가 점차 늘고 있다는 것이 업계 설명입니다.

Q:전구체는 그럼 국산화 방법은 없는 건가요.

A:네. 가능합니다. 소립경 전구체는 입자 크기가 5마이크로미터(㎛) 이하 단위로 양극재 성능을 강화하기 위해 입자 크기가 작아야 합니다. 입자 크기가 작을수록 양극재가 고유의 성능인 배터리 에너지 밀도를 높일 수 있는데요. 특히 전기차용 배터리 주요 기능은 운행 거리와 안전성 강화입니다. 에너지 밀도를 올리고 폭발 위험으로부터 안전성을 높이기 위해 고순도 소립경 전구체 기술이 주로 개발되고 있습니다.

전구체는 이차전지가 장착되는 차량에 따라 요구되는 품질과 성능이 각각 다릅니다. 출력과 용량, 수명이 차별화된다는 것입니다. 이에 양극재도 차별화되는데 대립경과 소립경을 혼합하는 비율도 달라집니다. 우리나라는 소립경 제조 기술을 바탕으로 엘앤에프, 에코프로비엠, 포스코케미칼, 코스모신소재 등 대표 양극재 기업들이 전구체 내재화를 선언했습니다.

중국으로부터 전구체 공급량을 서서히 줄이려는 것입니다. 에코프로비엠은 전구체 판매 조직을 만들었습니다. 영업조직 규모가 양극재 조직과 맞먹을 정도로 알려졌습니다. 소립경 입자 크기를 줄여 니켈 함량을 높여 양극재 고밀도를 낼 수 있도록 하는 기술 개발도 이뤄지고 있습니다. 엘앤에프가 전구체 생산 능력을 확대하고 있습니다. 코스모신소재는 울산에 전구체 생산 공장을 건설하고 있습니다. 포스코케미칼도 광양 등 전구체 생산 공장을 증설할 예정입니다. 이를 통해 중국산 전구체 생산 비중도 서서히 줄어들 것으로 기대됩니다.

양극재 제조 원료<사진=코스모신소재>

Q:전기차 배터리 시장에서 전구체 자체 생산을 통해 고밀도 양극재가 만들어지는데, 세계 전구체 생산 기술이 궁급합니다.

A:전구체가 없으면 배터리용 양극재를 생산할 수 없습니다. 입자 크기를 줄이면서 전구체 내 니켈 함량을 올리고 코발트 함량을 줄이는 방식으로 기술 개발이 이뤄지고 있습니다. 니켈 함량을 계속해 끌어올리고 코발트를 사용하지 않기 위한 노력을 기울이고 있습니다. 코발트는 워낙 고가의 가격 때문에 배터리에 사용하지 않아야 하는데요. LG에너지솔루션, 파나소닉 등 이르면 2023년 코발트 프리 전구체를 이용한 양극재 제품을 출시할 예정입니다. 전구체 배터리 적용 확대를 위해 양극재 전문 업체들과 협력도 강화해 나갈 것입니다. LG에너지솔루션을 비롯해 삼성SDI, SK이노베이션 등 K-배터리 3사는 환경·사회·지배구조(ESG)에 대한 책임 의식과 경쟁력을 강화하고 있습니다. 삼성SDI는 최근 ESG 경영 일환으로 심해저 광물 채굴을 통한 배터리 관련 소재를 사용하지 않겠다고 선언했습니다. BMW, 볼보, 구글 등 글로벌 기업들과 손잡고 ESG 경영에 박차를 가하겠다는 방침입니다.

김지웅기자 jw0316@etnews.com

주최:전자신문 후원:교육부·한국교육학술정보원

◇'전기차사용자가 전해주는 전기차 이야기' 김성태·김재진·심언 지음, 다독임북스 펴냄

전기차를 타봤던 일반인이 사용자 관점에서 전기차에 대한 모든 것을 담은 신간을 내놨다. 김성태·김재진·심언이 저작한 '전기차사용자가 전해주는 전기차 이야기'에서 본인의 전기차 경험담과 이들이 직접 만난 전기차 사용자 이야기를 인터뷰 방식으로 엮었다. 이 책은 대기오염물질 감소 등 환경보호 영역을 넘어 우리 일상생활과 가장 밀접한 운송수단인 자동차의 패러다임을 완전히 바꾼 전기차에 대해 초보자도 이해하기 쉽게 설명한다. 전국 곳곳에서 전기차를 직접 타보지 않고서는 알 수 없는 전기차의 모든 것을 종합해 소개했다.

◇'그린 비즈니스 전기차와 이차전지' 김송호 지음, 비피기술거래 펴냄

전 세계에서 생산되는 원유 7∼8%가 화학 원료로 이용되며 나머지는 가솔린, 디젤유, 난방유 형태로 직접 연소된다. 우리나라에서도 에너지 20%가 수송 분야에 소비된다. 수송 분야란 각종 자동차, 선박, 비행기 등을 말한다. 화석 연료 고갈에 대비하고 친환경 조건을 만들기 위해선 가솔린, 디젤유를 가장 많이 소비하는 수송 수단용 에너지를 신재생 에너지로 대체해야 한다는 결론이 나온다. 이러한 필요성 때문에 세계적으로 수송 수단용 대체에너지 개발에 심혈을 기울이고 있다. 또 미국 등 선진국을 중심으로 친환경 자동차, 그린카 개발을 촉진하기 위한 환경 규제도 점점 심해지는 추세다. 책은 전기차, 하이브리드차, 연료전지차, 이차전지 산업 현황과 과제를 살펴본다.